Công nghệ gia công cắt laser tại Việt Nam

Công nghệ gia công cắt laser tại Việt Nam

Nguyên lí gia công cắt laser hiện đại

Phần lớn các máy cắt laser trên thị trường hiện nay đều sử dụng laser CO2 hoặc laser Nd: YAG với nguyên lý tương tự nhau.

Nguyên lí của gia công cắt laser khá phức tạp

Nguyên lý cơ bản của quá trình cắt bằng tia laser có thể được tóm tắt như sau:

• Một chùm tia năng lượng cao được sinh ra bởi máy phát laser sẽ được tập trung lên bề mặt chi tiết gia công nhờ hệ thống thấu kính.

• Chùm tia này đốt nóng vật liệu và tạo nên một vùng vật liệu nóng chảy cục bộ, thường có đường kính nhỏ hơn 0,5mm).

• Phần vật liệu nóng chảy bị đẩy ra khỏi vùng gia công bởi một dòng khí có áp lực cao, đồng trục với chùm tia laser. Đối với một số loại vật liệu thì dòng khí này làm tăng tốc quá trình cắt bởi tác động hóa học và lý học.

• Vùng vật liệu bị nóng chảy cục bộ được di chuyển dọc theo bề mặt chi tiết theo một quỹ đạo và sinh ra vết cắt. Chuyển động này được thực hiện bằng cách di chuyển chùm tia laser hội tụ nhờ hệ thống gương CNC hoặc chuyển động cơ khí tấm vật liệu theo hai phương X-Y trên bàn máy CNC.

Cũng có máy thiết kế cả hai loại chuyển động này, khi đó chùm tia laser được di chuyển theo một phương và chi tiết gia công được di chuyển theo phương còn lại. Các hệ thống tự động hóa hoàn toàn cho phép cắt được các hình dáng 3D.

Đặc điểm của công nghệ gia công cắt laser

Laser có thể cắt một dải rộng các loại vật liệu nhưng phần lớn các hệ thống cắt laser thương mại hiện nay được thực hiện với kim loại.

Cắt kim loại bằng laser đòi hỏi chùm laser mật độ năng lượng cao truyền năng lượng vào vùng cắt nhanh hơn lượng nhiệt truyền ra ngoài. Kèm theo đó là dòng khí hỗ trợ sẽ đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi vùng cắt.

Thép cacbon là loại vật liệu kim loại dễ cắt nhất bằng laser. Các loại thép hợp kim thấp như AISI 4140, 8620,… có điều kiện cắt tương tự như thép cacbon. Hàm lượng hợp kim trong thép tăng thì quá trình cắt trở nên khó khăn hơn.

Với thép dụng cụ có hàm lượng vonfram cao thì tốc độ cắt rất chậm và có xỉ. Nhôm rất khó cắt bằng laser vì nhôm làm phản xạ một lượng lớn tia laser và lượng nhiệt truyền vào chi tiết lớn và nhanh. Nếu điều chỉnh tiêu cự tia laser không đúng thì có thể chùm tia bị phản xạ trở lại hệ thống phun gây hư hỏng các bộ phận quang học.

Trong khi đó đồng nguyên chất còn khó gia công hơn so với nhôm. Các hợp kim đồng cũng có những ứng xử tương tự như nhôm. Các hợp kim nền co-ban có độ cứng rất cao, có tính chịu nhiệt cao và tính chống mài mòn tốt. Tuy vậy chúng lại rất dễ cắt bằng laser.

Tuy nhiên cần phải xem xét các vết nứt tế vi sinh ra trên bề mặt chi tiết khi cắt bằng laser. Titan và hợp kim của nó có phản ứng với oxy và nitơ để tạo thành các thành phần giòn trên cạnh cắt.

Điều kiện này nói chung là không thể chấp nhận được đối với các chi tiết trong hàng không và y học làm bằng ti tan. Nếu cần thiết thì có thể dùng các loại khí trơ như argon để có vết cắt chất lượng tốt hơn.

Dòng khí nén thổi vào thường là oxy, nhờ dòng khí này mà hệ số phản xạ của bề mặt kim loại giảm xuống. Hơn nữa, khi bề mặt đạt đến trạng thái nhiệt độ cao, oxy sinh ra phản ứng tỏa nhiệt, thúc đẩy quá trình cắt.

Khí nén thổi phần kim loại đã bốc hơi.. Để cho quá trình cắt gọt đạt hiệu quả cao thì dòng khí thổi vào phải tạo thành dòng lên khu vực gia công với kích thước lớn hơn vết chùm tia laser một ít. Dòng oxy áp suất thấp tạo ra phản ứng tự cháy gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng vết cắt.

Trong một số trường hợp, tùy thuộc vào vật liệu chi tiết gia công mà người ta sử dụng khí trơ thay cho oxy. Khí này không tạo phản ứng cháy để gia nhiệt cho cho quá trình nhưng vẫn có các chức năng như đã đề cập ở trên.

Thông thường người ta sử dụng oxy, nitơ, argon để cắt tấm mỏng. Dùng khí heli để cắt titan, khí trơ áp suất cao để cắt thép không gỉ và nhôm.

Gia công cắt laser là phương pháp sử dụng chùm tia năng lượng cao được sinh ra bởi máy phát laser, chùm tia này sẽ đốt nóng chảy vật liệu, vật liệu nóng chảy sẽ bị thổi ra bởi dòng khí có áp lực cao.