Mục lục
Máy cắt laser sợi quang là gì? Máy cắt laser sợi quang là máy cắt laser sử dụng máy phát laser sợi quang làm nguồn sáng. Máy cắt laser sợi quang là loại thiết bị sử dụng chùm tia laser năng lượng cao phát ra từ laser sợi quang để cắt.
Được sử dụng rộng rãi trong gia công kim loại, hàng không vũ trụ, sản xuất điện tử và các lĩnh vực khác. Được thị trường ưa chuộng vì hiệu suất cao, độ chính xác và khả năng gia công linh hoạt, là một trong những công cụ quan trọng trong sản xuất công nghiệp hiện đại.
1. Giới thiệu về máy cắt laser sợi quang
Các máy cắt laser sợi cnc có thể thực hiện cả cắt phẳng và cắt xiên, với các cạnh gọn gàng và mịn màng, thích hợp để cắt tấm kim loại và các vật liệu khác có độ chính xác cao. Ngoài ra, cánh tay cơ khí có thể thực hiện cắt ba chiều thay cho laser năm trục nhập khẩu ban đầu.
So với máy cắt laser carbon dioxide thông thường, máy này tiết kiệm không gian và lượng khí tiêu thụ hơn, có tỷ lệ chuyển đổi quang điện cao, là sản phẩm mới tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường, đồng thời cũng là một trong những sản phẩm công nghệ hàng đầu thế giới.
Laser sợi quang là loại laser sợi quang mới được phát triển trên thế giới, phát ra chùm tia laser có mật độ năng lượng cao, tập trung vào bề mặt của phôi, khiến vùng được chiếu sáng bởi điểm hội tụ siêu mịn trên phôi bị tan chảy và bốc hơi ngay lập tức.
Việc cắt tự động đạt được bằng cách di chuyển vị trí của điểm thông qua hệ thống cơ khí CNC. So với laser khí cồng kềnh và laser rắn, laser khí có những ưu điểm rõ ràng và đã dần phát triển thành ứng cử viên quan trọng trong các lĩnh vực như xử lý laser có độ chính xác cao, hệ thống LiDAR, công nghệ vũ trụ và y học laser.
1) Nguyên lý hoạt động của máy cắt laser sợi quang
Chùm tia laser năng lượng cao được tạo ra bởi quá trình truyền laser sợi quang được tập trung vào bề mặt vật liệu, do đó vật liệu được nung nóng đến điểm nóng chảy hoặc điểm bốc hơi trong thời gian rất ngắn và vật liệu nóng chảy hoặc bốc hơi được thổi bay bằng khí phụ trợ (như oxy, nitơ hoặc không khí), do đó đạt được hiệu quả cắt.
2) Các thành phần chính
Laser sợi quang:
Thành phần cốt lõi, cung cấp chùm tia laser có mật độ năng lượng cao.
Đầu cắt:
Bao gồm thấu kính hội tụ, vòi phun và cảm biến, có chức năng hội tụ chùm tia laser vào bề mặt vật liệu.
Hệ thống truyền dẫn:
Bao gồm động cơ servo, thanh dẫn hướng và giá đỡ để đảm bảo đầu cắt chuyển động chính xác.
Hệ thống điều khiển:
Hệ thống CNC được sử dụng để kiểm soát các thông số như đường cắt, tốc độ và công suất.
Hệ thống khí phụ trợ:
Cung cấp oxy, nitơ hoặc không khí để hỗ trợ quá trình cắt.
Hệ thống làm mát:
Được sử dụng để làm mát đầu cắt và tia laser nhằm đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định.
Thân máy:
Cung cấp nền tảng xử lý ổn định, thường được làm bằng vật liệu có độ bền cao để đảm bảo độ chính xác khi xử lý.
2. Tính năng chính của máy cắt laser sợi quang
Tính năng của máy cắt laser sợi quang là gì? Chúng ta có thể phân tích như sau:
- Laser sợi quang có hiệu suất chuyển đổi quang điện cao, hiệu suất chuyển đổi trên 30%. Laser sợi quang công suất thấp không cần máy làm lạnh và sử dụng làm mát bằng không khí, có thể tiết kiệm đáng kể điện năng tiêu thụ trong quá trình vận hành, tiết kiệm chi phí vận hành và đạt hiệu quả sản xuất cao nhất.
- Tia laser chỉ cần năng lượng điện trong quá trình hoạt động và không tạo ra khí bổ sung từ tia laser, với chi phí vận hành và bảo trì thấp nhất.
- Laser sợi quang sử dụng thiết kế mô-đun bán dẫn và dự phòng, không có thấu kính quang học trong khoang cộng hưởng, không cần thời gian khởi động và có ưu điểm là không cần điều chỉnh, không cần bảo trì, độ ổn định cao, giảm chi phí phụ kiện và thời gian bảo trì, không thể so sánh với laser truyền thống.
- Bước sóng đầu ra của laser sợi quang là 1.064 micromet, bằng 1/10 bước sóng CO2. Chất lượng chùm tia đầu ra tốt, mật độ công suất cao, rất có lợi cho việc hấp thụ vật liệu kim loại. Khả năng cắt và hàn tuyệt vời, do đó giảm thiểu chi phí gia công.
- Toàn bộ máy được truyền qua sợi quang, không cần hệ thống dẫn sáng phức tạp như gương phản xạ. Đường dẫn quang đơn giản, cấu trúc ổn định, đường dẫn quang bên ngoài không cần bảo trì.
- Đầu cắt có chứa thấu kính bảo vệ, giúp giảm thiểu mức tiêu thụ các vật tư tiêu hao có giá trị như thấu kính hội tụ.
- Ánh sáng được truyền qua sợi quang, giúp việc thiết kế hệ thống cơ học trở nên rất đơn giản và dễ tích hợp với robot hoặc bàn làm việc đa chiều.
- Sau khi thêm màn trập vào laser, có thể sử dụng cho nhiều máy. Thông qua việc chia tách sợi quang, có thể chia thành nhiều kênh để hoạt động đồng thời, giúp dễ dàng mở rộng chức năng và nâng cấp dễ dàng và đơn giản.
- Laser sợi quang có thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ, vị trí làm việc có thể di chuyển và diện tích chiếm dụng nhỏ.
1) Dầm tùy chỉnh
Hình dạng chùm tia tùy chỉnh trong máy cắt laser sợi quang dựa trên nguyên tắc so với phương pháp cắt laser truyền thống sử dụng một chùm tia laser tròn đơn lẻ, quy trình cắt mới sử dụng hình dạng chùm tia laser phức tạp.
Bằng cách sử dụng các đặc điểm hội tụ độc đáo của laser sợi quang đơn mode công suất cao, các hình dạng chùm tia phức tạp được tạo ra, giúp tách một phần năng lượng laser tổng thể, để tạo ra một "lỗ khóa" cho các ứng dụng hàn hoặc cắt laser. Năng lượng còn lại sẽ được phân phối cho vật liệu nóng chảy. Trước đó, chùm tia chính được sử dụng để tạo ra sự phân bố áp suất hơi cao thích hợp trên bề mặt vật liệu nóng chảy.
Điều này cho phép nó áp dụng áp suất cục bộ vào vật liệu nóng chảy chảy ra khỏi vết rạch, vượt xa áp suất của quá trình phun khí đồng trục thường được sử dụng trong cắt laser. Kết quả là vết rạch rất hẹp. Quy trình mới có tiềm năng lớn, vì nó không tạo ra gờ trong phạm vi tốc độ cắt lớn và cũng có thể thực hiện cắt tốc độ cao trong quá trình cắt đường viền hẹp, tạo ra các vết cắt chất lượng cao
2) Tạo mẫu nhanh
Công nghệ tạo mẫu nhanh trong máy cắt laser sợi là thuật ngữ chung cho công nghệ sản xuất trực tiếp mẫu hoặc bộ phận dựa trên mô hình CAD. Nó tích hợp các thành tựu công nghệ hiện đại như công nghệ CAD, công nghệ CNC, công nghệ laser và công nghệ vật liệu, và là thành phần quan trọng của công nghệ sản xuất tiên tiến.
Nó có thể tự động, trực tiếp, nhanh chóng và chính xác hiện thực hóa các ý tưởng thiết kế thành nguyên mẫu hoặc các bộ phận được sản xuất trực tiếp với các chức năng nhất định dựa trên mô hình CAD (mô hình điện tử), tạo ra hầu như mọi thành phần phức tạp mà không cần sử dụng khuôn mẫu và công cụ, giải quyết vấn đề kết nối nhanh chóng từ thiết kế đến sản xuất.
Do đó, công nghệ này có thể nhanh chóng đánh giá và sửa đổi thiết kế sản phẩm, rút ngắn hiệu quả chu kỳ phát triển sản phẩm, giảm chi phí phát triển, đáp ứng yêu cầu của thị trường cạnh tranh khốc liệt hiện nay về phát triển và sản xuất nhanh chóng các sản phẩm mới, nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường và sức cạnh tranh toàn diện của doanh nghiệp.
3) Làm mát bằng nước
Là thiết bị làm mát hỗ trợ cho máy cắt laser sợi quang, máy làm lạnh đảm bảo máy cắt laser sợi quang hoạt động bình thường ở nhiệt độ không đổi. Máy làm lạnh chuyên dụng cho máy cắt laser sợi quang thuộc loại máy làm lạnh công nghiệp kiểu làm lạnh, có hai chế độ làm việc là nhiệt độ không đổi và điều chỉnh nhiệt độ thông minh, với độ chính xác kiểm soát nhiệt độ là ± 0,3 ℃.
Cấu hình phong phú, bao gồm công tắc thiết bị điều khiển đầu vào và đầu ra, các chức năng tiên tiến như lưu lượng nước làm mát và cảnh báo nhiệt độ cao và thấp, hiệu suất ổn định và bền bỉ, và đặc biệt nổi bật về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
Thông số kỹ thuật:
Kiểm soát nhiệt độ thông minh hoàn toàn tự động một lần: Người dùng có thể tự động chuyển sang nhiệt độ kiểm soát phù hợp mà không cần thay đổi trong các môi trường khác nhau.
CW-6100AT: Có thể sử dụng để làm mát một máy laser sợi quang 300W-1000W.
Được trang bị hệ thống sưởi ấm và cấu hình chất lượng nước tinh khiết.
3. Ưu điểm của máy cắt laser sợi quang là gì?
Đặc điểm chính
Chuyển đổi năng lượng hiệu quả:
Hiệu suất chuyển đổi điện quang của laser sợi quang cao tới 30%, tiết kiệm năng lượng hơn so với laser CO₂ truyền thống.
Độ chính xác cao:
Chùm tia laser có đường kính nhỏ sau khi hội tụ, khe cắt hẹp, độ chính xác cắt là ±0,1mm.
Cắt tốc độ cao:
Đặc biệt thích hợp để gia công nhanh các tấm kim loại mỏng, tốc độ cắt nhanh hơn các phương pháp truyền thống.
Chi phí bảo trì thấp:
Laser sợi quang có thiết kế không cần bảo trì, tuổi thọ cao và chi phí vận hành thấp.
Khả năng thích ứng vật liệu mạnh mẽ:
Có thể cắt nhiều loại vật liệu kim loại như thép cacbon, thép không gỉ, hợp kim nhôm, đồng, v.v.
Bảo vệ môi trường:
Không gây tiếng ồn, không gây ô nhiễm trong quá trình chế biến, phù hợp với yêu cầu sản xuất xanh.
Ưu điểm của máy cắt laser sợi quang so với máy cắt laser CO2
- Chất lượng chùm tia tuyệt vời: điểm hội tụ nhỏ hơn, đường cắt mịn hơn, hiệu quả làm việc cao hơn và chất lượng gia công tốt hơn.
- Tốc độ cắt cực cao: công suất gấp đôi máy cắt laser CO2 có cùng công suất.
- Cực kỳ ổn định: sử dụng laser sợi quang nhập khẩu đẳng cấp thế giới, hiệu suất ổn định và tuổi thọ lên tới 100000 giờ cho các thành phần chính.
- Hiệu suất chuyển đổi quang điện cực cao: Hiệu suất chuyển đổi quang điện của máy cắt laser sợi quang đạt khoảng 30%, cao gấp 3 lần so với máy cắt laser CO2, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.
- Chi phí sử dụng cực thấp: Mức tiêu thụ điện năng của toàn bộ máy chỉ bằng 20-30% so với các máy cắt laser CO2 tương tự.
- Chi phí bảo trì cực thấp: không có khí làm việc laser. Truyền dẫn bằng sợi quang mà không cần thấu kính phản xạ. Có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí bảo trì.
- Vận hành và bảo trì sản phẩm dễ dàng: Truyền dẫn bằng sợi quang, không cần điều chỉnh đường dẫn quang.
- Hiệu ứng dẫn sáng linh hoạt siêu mạnh: kích thước nhỏ gọn, cấu trúc nhỏ gọn, dễ dàng đáp ứng các yêu cầu gia công linh hoạt.
Tất nhiên, so với máy cắt laser carbon dioxide, phạm vi cắt của sợi quang tương đối hẹp. Do bước sóng, nó chỉ có thể cắt vật liệu kim loại và không dễ bị hấp thụ bởi các vật liệu phi kim loại, do đó ảnh hưởng đến phạm vi cắt của nó.
Ưu điểm so với máy cắt laser Yag
- Tốc độ cắt: Tốc độ của máy cắt laser sợi quang gấp 4-5 lần YAG, thích hợp cho gia công và sản xuất quy mô lớn
- Chi phí sử dụng: Chi phí sử dụng của máy cắt laser sợi quang thấp hơn so với máy cắt laser rắn YAG
- Hiệu suất chuyển đổi quang điện: Hiệu suất chuyển đổi quang điện của máy cắt laser sợi quang gấp khoảng 10 lần so với YAG
Giá của laser sợi quang tương ứng tương đối cao, vì vậy giá của máy cắt laser sợi quang cao hơn nhiều so với máy cắt laser YAG, nhưng thấp hơn nhiều so với máy cắt laser carbon dioxide. Nhưng hiệu quả về mặt chi phí của nó thực sự cao nhất trong ba loại.
4. Nhược điểm của máy cắt laser sợi quang là gì?
Mặc dù máy cắt laser sợi quang có nhiều ưu điểm trong gia công kim loại nhưng cũng có một số nhược điểm và hạn chế, chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:
1) Chi phí thiết bị cao
Chi phí mua ban đầu của máy cắt laser sợi quang cao, đặc biệt là thiết bị công suất lớn.
Đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ, có thể mất nhiều thời gian để thu hồi chi phí đầu tư.
2) Thách thức trong việc cắt vật liệu có độ phản chiếu cao
Khi cắt vật liệu có độ phản xạ cao (như đồng, nhôm, bạc, vàng, v.v.), tia laser có thể bị phản xạ một phần, làm giảm hiệu quả cắt. Cần có các quy trình hoặc cấu hình đặc biệt (như thiết bị chống phản xạ) để giảm thiệt hại cho thiết bị do phản xạ laser gây ra.
Trong trường hợp này, các nhà sản xuất chuyên nghiệp sẽ khuyên bạn nên sử dụng máy cắt chất lượng cao.
3) Khả năng cắt tấm dày hạn chế
Máy cắt laser sợi quang hoạt động tốt trên các tấm mỏng và tấm dày vừa (thường dưới 25mm), nhưng đối với các tấm kim loại dày hơn, tốc độ cắt và chất lượng có thể không tốt bằng cắt plasma hoặc cắt tia nước. Cần có laser công suất cao hơn để cắt tấm dày, làm tăng thêm chi phí.
4) Yêu cầu cao về môi trường xử lý
Cần có nguồn điện ổn định và hệ thống làm mát để đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường. Môi trường xử lý cần được giữ sạch sẽ để tránh bụi và dầu ảnh hưởng đến hệ thống quang học.
5) Chi phí bảo trì và vật tư tiêu hao
Mặc dù bản thân laser sợi quang có yêu cầu bảo trì thấp, các thành phần khác (như đầu cắt, thấu kính và vòi phun) vẫn cần bảo trì và thay thế thường xuyên. Việc tiêu thụ khí phụ trợ (như nitơ, oxy) cũng sẽ làm tăng chi phí vận hành, đặc biệt là khi cắt trong thời gian dài và ở cường độ cao.
6) Ngưỡng vận hành và kỹ thuật
Vận hành đòi hỏi kỹ thuật viên có tay nghề cao, đặc biệt là lập trình và điều chỉnh thông số của các bộ phận phức tạp. Vận hành không đúng cách có thể làm giảm chất lượng cắt hoặc làm hỏng thiết bị.
7) Giới hạn vật liệu
Khả năng xử lý hạn chế đối với các vật liệu phi kim loại, chẳng hạn như gỗ, thủy tinh hoặc một số loại nhựa, thường yêu cầu các loại thiết bị cắt laser khác (chẳng hạn như máy cắt laser CO₂). Một số lớp phủ hoặc vật liệu composite có thể có tác động xấu đến kết quả cắt.
8) Sự phụ thuộc của độ chính xác gia công vào độ ổn định của máy công cụ
Độ chính xác của quá trình cắt phụ thuộc rất nhiều vào độ ổn định về mặt kết cấu và độ chính xác chuyển động của máy công cụ. Nếu máy công cụ có chất lượng kém hoặc bị mòn sau thời gian dài sử dụng sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác gia công.
9) Thiết lập ban đầu phức tạp và gỡ lỗi
Đối với các bộ phận phức tạp hoặc vật liệu cụ thể, các thông số cần được điều chỉnh nhiều lần để có được hiệu ứng cắt tốt nhất. Cài đặt thông số không phù hợp có thể dẫn đến chất lượng cắt không ổn định.
Bất chấp những nhược điểm này, máy cắt laser sợi quang vẫn là công cụ không thể thay thế trong nhiều ngành công nghiệp do hiệu suất cao và độ chính xác cao. Những nhược điểm tiềm ẩn có thể được khắc phục bằng cách lựa chọn thiết bị chất lượng cao, tối ưu hóa các thông số quy trình, tăng cường bảo trì và đào tạo người vận hành.
Chi phí thiết bị ban đầu cao. Khi cắt vật liệu có độ phản chiếu cao (như đồng và nhôm), có thể cần cấu hình đặc biệt.
5. Các yếu tố chính để lựa chọn máy cắt laser sợi quang
- Quyền lực
Chọn công suất laser phù hợp theo loại vật liệu và độ dày.
– Kích thước xử lý
Chọn bàn máy phù hợp với kích thước phôi.
– Thương hiệu và dịch vụ
Hãy chọn một thương hiệu có công nghệ tiên tiến và dịch vụ sau bán hàng hoàn hảo.
– Chức năng phụ trợ
Chẳng hạn như chức năng tự động nạp và tháo dỡ, chức năng cắt ống, v.v. có thể cải thiện hiệu quả sản xuất.
6. Kết luận
Máy cắt laser sợi quang là gì? Câu trả lời như sau. Máy cắt laser sợi quang là một cuộc cách mạng công nghệ trong gia công kim loại tấm và là “trung tâm gia công” trong gia công kim loại tấm. Máy cắt laser có mức độ linh hoạt cao, tốc độ cắt nhanh, hiệu suất tiêu thụ cao và chu kỳ tiêu thụ sản phẩm ngắn, đã giành được thị trường rộng rãi cho khách hàng.
Máy cắt laser sợi quang không có lực cắt và không biến dạng trong quá trình gia công. Không mài mòn dụng cụ, tuân thủ dữ liệu tốt. Cho dù là chi tiết đơn giản hay phức tạp, đều có thể được định hình và cắt bằng laser nhanh chóng và tinh xảo chỉ trong một lần. Đường cắt hẹp, chất lượng cắt tốt, mức độ tự động hóa cao, vận hành đơn giản, cường độ lao động thấp và không gây ô nhiễm. Nó có thể hoàn thành bố trí cắt tự động và lồng ghép, cải thiện tỷ lệ ứng dụng dữ liệu, giảm chi phí tiêu thụ và nâng cao hiệu quả kinh tế. Tuổi thọ hiệu quả của công nghệ này rất dài.
Hiện nay, máy cắt laser sợi quang chủ yếu được sử dụng cho các tấm kim loại có độ dày vượt quá 2MM ở nước ngoài. Nhiều chuyên gia nước ngoài phân tích rằng 30-40 năm tới là thời kỳ hoàng kim cho sự mở rộng của công nghệ gia công laser (là hướng mở rộng gia công tấm kim loại).
Thông tin liên quan khác về cắt laser sợi quang: