Gia công laser là phương pháp gia công tiên tiến, sử dụng chùm tia laser để cắt, hàn, xử lý bề mặt vật liệu với độ chính xác cao. Quá trình này, chùm tia laser được tập trung vào một điểm nhỏ trên bề mặt vật liệu, tạo nhiệt lượng cực lớn.
Nhiệt lượng này làm nóng chảy, bốc hơi vật liệu tại điểm đó, cắt đứt theo đường cắt đã được lập trình sẵn. Công nghệ cắt laser có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau. Với khả năng tạo ra các đường cắt mịn, phức tạp, gia công cắt laser được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp như cơ khí, ô tô, điện tử, và trang trí nội thất.
Lý do nên gia công laser
Phương pháp gia công bằng tia laser được ưa chuộng do có nhiều ưu điểm vượt trội. Dưới đây là một số ưu điểm:
➤ Sản phẩm có độ chính xác cao, dung sai rất nhỏ, cho phép gia công từng chi tiết nhỏ một cách hoàn hảo, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của khách hàng.
➤ Quá trình cắt bằng laser tạo ra các đường cắt nhỏ, sắc nét, nhẵn mịn, đẹp mắt, không gây nhiều vụn kim loại, không cần gia công thêm.
➤ Có khả năng cắt trên nhiều loại vật liệu kim loại khác nhau với độ dày lên đến 14mm.
Tìm hiểu về gia công Laser: Công nghệ tối ưu hóa sản xuất
➤ Sử dụng máy móc, công nghệ hiện đại giúp gia công sản phẩm nhanh, tiết kiệm thời gian, công sức.
➤ Sản phẩm sau khi được gia công có độ bền cao, không bị hư hỏng hoặc cong vênh do tác động của các yếu tố bên ngoài.
➤ Có thể gia công các mẫu mã, kiểu dáng đa dạng theo yêu cầu cụ thể của khách hàng.
Sản phẩm được gia công với chi phí hợp lý, mang lại lợi ích kinh tế cho người dùng.
Nguyên lý hoạt động của gia công laser
Nguyên lý hoạt động của gia công laser dựa trên sử dụng chùm tia laser có năng lượng cao để làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu tại vùng gia công.
Nguồn điện công nghiệp được chuyển đổi, chỉnh lưu qua biến thế nạp vào hệ thống tụ điện. Điện áp tối đa của tụ là 2kV, điều khiển việc phóng điện tới đèn phát xung đặt trong buồng phản xạ ánh sáng. Buồng này có hình trụ với tiết diện cắt ngang là hình elip. Khi đèn phát xung hoạt động, toàn bộ năng lượng tập trung tại vị trí có đặt thanh hồng ngọc. Những ion Cr3+ trong thanh hồng ngọc bị kích lên mức năng lượng cao. Khi trở về mức năng lượng thấp hơn, chúng sẽ phát ra các lượng tử.
Nhờ hệ thống dao động của các gương phản xạ, các lượng tử này sẽ qua lại nhiều lần qua thanh hồng ngọc, kích thích các ion Cr3+ khác, tạo thành chùm tia lượng tử. Gương phản xạ toàn phần có độ phản xạ ánh sáng đạt 99%. Trong khi gương phản xạ còn lại có độ phản xạ gần 50%.
Tìm hiểu về gia công Laser: Công nghệ tối ưu hóa sản xuất
Một phần chùm tia laser được phát ra ở phía dưới. Trong khi khoảng 1% chùm tia đi qua gương phản xạ toàn phần được tế bào quang điện thu lại. Hệ thống chuyển đổi đo lường năng lượng của chùm tia phát ra. Chùm tia nhận qua gương thứ hai được tập trung bởi hệ thấu kính hội tụ, tác dụng lên chi tiết gia công trên bàn máy có khả năng di chuyển theo ba phương X, Y, Z.
Khi tập trung tia laser vào vị trí gia công, cần chọn hệ thống quang học, chế độ gia công như năng lượng chùm tia tới, thời gian xung tác dụng, tiêu cự của hệ thống quang học và số xung laser.
Chùm laser chạm vào bề mặt phôi, năng lượng của chùm tia được truyền qua bề mặt, chuyển thành nhiệt năng. Một phần vật liệu phôi nóng lên, nóng chảy. Giai đoạn này ứng với quá trình truyền nhiệt trong vật rắn, bị giới hạn một phía theo phương tác dụng của chùm tia từ bề mặt tác dụng.
Phần vật liệu nóng chảy hóa hơi, bị đẩy ra khỏi vùng gia công. Giai đoạn này tương ứng với quá trình truyền nhiệt mà bề mặt tác dụng liên tục thay đổi theo phương của chùm laser. Vật liệu gia công nguội dần sau khi chùm tia laser ngừng tác dụng. Quá trình này lặp lại cho đến khi sản phẩm được tạo hình như mong muốn.
Ưu điểm của gia công laser
Gia công laser có nhiều ưu điểm nổi bật. Cụ thể:
➤ Phương pháp này cho phép gia công tập trung vào một phạm vi đường kính rất nhỏ, tạo ra lượng năng lượng khổng lồ, khoảng 100 MW trên một mm vuông diện tích. Chúng có khả năng tạo ra các lỗ có độ chính xác rất cao. Máy gia công cắt laser có thể cắt hoặc khắc hầu hết các loại vật liệu. Trong khi đó, các phương pháp gia công thông thường không thể thực hiện điều này với tất cả các loại vật liệu.
➤ Gia công bằng tia laser không có sự tiếp xúc vật lý giữa thiết bị và phôi, không cần sử dụng dụng cụ cắt và không tạo ra lực cắt. Phương pháp này cũng cho phép cắt nhiều bề mặt phức tạp tại các vị trí khó tiếp cận, đảm bảo độ chính xác gia công cao và chất lượng bề mặt hoàn thiện tốt. Sự hao mòn trong gia công laser rất thấp, giúp giảm chi phí bảo trì. Đặc biệt, gia công cắt laser phù hợp cho các vật liệu giòn và có độ dẫn điện thấp.
Tìm hiểu về gia công Laser: Công nghệ tối ưu hóa sản xuất
Nhược điểm của gia công laser
Giống như các phương pháp gia công khác, gia công laser cũng có những hạn chế sau:
➤ Chi phí ban đầu cao, đầu tư vào máy móc và các phụ kiện đi kèm.
➤Gia công laser đòi hỏi người vận hành phải được đào tạo chuyên sâu để vận hành máy.
➤ Tỷ lệ sản xuất thấp vì phương pháp này không được thiết kế để sản xuất hàng loạt.
➤ Quá trình gia công yêu cầu nhiều năng lượng, việc tạo các vết cắt sâu trên những phôi có điểm nóng chảy cao thường không dễ dàng, dẫn đến các vết cắt hình nón.
Ứng dụng của gia công laser
Gia công khắc cắt laser áp dụng phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp: Ô tô, hàng không vũ trụ, đóng tàu, điện tử, thép, y tế nhằm gia công chính xác các bộ phận phức tạp.
➤ Trong ngành công nghiệp nặng, phương pháp này được sử dụng để thực hiện các công việc như khoan, hàn điểm, cắt đứt vật liệu.
➤ Trong lĩnh vực công nghiệp nhẹ, chúng được áp dụng để khắc và khoan kim loại.
➤ Trong lĩnh vực công nghiệp điện tử, tia laser được sử dụng để tạo mạch điện và thực hiện việc tuốt dây (để nối hai đầu).
