Khi nói đến cắt bằng tia laser, các loại laser sợi, CO2 và laser diode đều có những đặc điểm riêng biệt tùy thuộc vào vật liệu cần cắt và mức độ chính xác yêu cầu. Laser sợi hoạt động ở bước sóng khoảng 1,06 micromet và hoạt động rất hiệu quả với kim loại, đặc biệt là thép không gỉ, nơi mà độ chính xác có thể đạt tới khoảng 0,05 mm vì kim loại hấp thụ năng lượng laser rất tốt. Đối với các vật liệu phi kim loại như tấm acrylic, laser CO2 ở bước sóng 10,6 micromet thường cho ra mép cắt sạch hơn và có thể cắt các vật liệu dày dưới 10 mm nhanh hơn khoảng 20% so với các lựa chọn khác. Laser diode không mạnh bằng các loại kia nhưng lại tạo ra vết cắt rất hẹp, đôi khi dưới 0,1 mm chiều rộng, điều này khiến chúng rất phù hợp để làm việc với các vật liệu mỏng manh như lá kim loại mỏng và nhiều loại nhựa thường được sử dụng trong sản xuất linh kiện điện tử.
Khi chúng ta xem xét các hệ thống laser, những hệ thống có đường kính tia hẹp khoảng 0,1 mm thực sự hoạt động tốt hơn nhiều khi kết hợp với các thấu kính enfoc chất lượng cao. Các thiết lập như vậy có thể giảm khu vực bị ảnh hưởng bởi nhiệt khoảng 40 phần trăm so với những tia rộng hơn khoảng 0,3 mm. Laser sợi quang hoạt động khác biệt hơn nữa vì chúng có bước sóng ngắn hơn, mang mật độ năng lượng cao gấp khoảng ba mươi lần so với laser CO2 truyền thống. Điều này khiến chúng rất phù hợp để thực hiện công việc chi tiết trên các tấm đồng thau mỏng dưới một milimét. Tuy nhiên, vẫn có một hạn chế. Laser điốt gặp vấn đề với một số vật liệu có xu hướng phản chiếu ánh sáng ngược lại thiết bị. Vì lý do này, hầu hết các ứng dụng vẫn duy trì mức công suất dưới 300 watt, nơi mà nhiệt không gây biến dạng quá mức, giữ mức độ méo trong khoảng năm micromet trên mỗi mét.
Tia laser xung dao động từ 500 đến 1.000 lần mỗi giây giúp giảm khoảng 60% lượng xỉ trong nhôm, đồng thời vẫn giữ dung sai trong khoảng ±0,08 mm. Khi các nhà sản xuất điều chỉnh chu kỳ hoạt động từ 30% lên đến 70%, họ cũng ghi nhận cải thiện đáng kể về độ hoàn thiện bề mặt. Độ nhám mép giảm từ khoảng 3,2 micromet xuống chỉ còn 1,6 micromet trên các hợp kim titan, như các nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực gia công chính xác đã chỉ ra. Đối với các chi tiết bằng thép carbon có độ dày dưới 6 mm, việc sử dụng chế độ xung (burst mode) với các xung kéo dài 1 miligiây giúp đạt được gần như góc vuông hoàn hảo, đạt độ vuông góc 99%. Mức độ chính xác như vậy rất quan trọng khi sản xuất các bộ phận mà ngay cả những sai lệch nhỏ cũng có thể gây ra vấn đề trong các ứng dụng công nghiệp.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác chính theo loại laser
| Thông số kỹ thuật | Laser sợi quang | Laser CO₂ | Tia laser điốt |
|---|---|---|---|
| Vật liệu tối ưu | Kim loại phản quang | Chất không kim loại | Polyme mỏng |
| Tốc độ (thép 1 mm) | 12 m/phút | 8 m/phút | 3 m/phút |
| Độ Lệch Góc Cạnh | ±0.3° | ±0.5° | ±1.2° |
| Hiệu quả Năng lượng | 35% | 15% | 22% |
Lựa chọn vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mức độ chính xác có thể đạt được. Khi xem xét các vật liệu dày hơn nằm trong khoảng từ 5 đến 25 mm, chúng ta thường thấy độ lệch vết cắt (kerf deviations) lớn hơn khoảng 15 đến 30 phần trăm so với các tấm mỏng dưới 3 mm. Điều này xảy ra chủ yếu do vấn đề phân tán tia cắt và sự lan truyền nhiệt không đồng đều trong toàn bộ vật liệu. Kim loại thường giữ được hình dạng tốt hơn với dung sai chặt hơn, dao động từ cộng hoặc trừ 0,002 inch đến 0,006 inch. Ngược lại, các loại polymer thường bị cong vênh trong quá trình gia công. Nghiên cứu gần đây được công bố vào năm 2023 cho thấy các chi tiết bằng thép không gỉ 304 có độ dày dưới 3 mm duy trì độ chính xác vị trí khoảng ±0,0035 inch. Tuy nhiên, các vật liệu acrylic có độ dày tương đương lại thể hiện sự biến đổi lớn hơn đáng kể ở mức khoảng ±0,007 inch, chủ yếu do ảnh hưởng từ giãn nở nhiệt.
Kim loại phản chiếu nhiều ánh sáng, đặc biệt là nhôm, có thể phản xạ lại khoảng 60 đến 85 phần trăm năng lượng laser. Điều này đồng nghĩa với việc các kỹ thuật viên phải tăng công suất thêm khoảng 20 đến 40 phần trăm chỉ để đạt được kết quả ổn định, điều này đáng tiếc lại làm tăng nguy cơ cắt mất quá nhiều vật liệu. Chẳng hạn như đồng, độ dẫn nhiệt của nó vượt quá 400 W/mK, khiến việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình gia công trở nên khá phức tạp đối với các kỹ thuật viên làm việc với những vật liệu này. Khi nói đến các loại polymer như polycarbonate, lại xuất hiện một vấn đề hoàn toàn khác. Các vật liệu này có xu hướng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại không đồng đều trên toàn bộ bề mặt, dẫn đến hiện tượng mép cắt loe ở những đường cắt sâu hơn tám milimét. May mắn thay, những tiến bộ gần đây đã mang đến các lớp phủ chống phản chiếu dành cho bề mặt nhôm. Các nhà sản xuất cho biết rằng những lớp phủ này có thể giảm khoảng 40 phần trăm hiện tượng phân tán tia sáng trong các tình huống sản xuất đòi hỏi độ chính xác cao, nơi từng micromet đều quan trọng.
| Vật liệu | Độ dày (mm) | Độ chính xác kích thước (±inch) | Chất lượng mép cắt (Ra µin) | Các ứng dụng chung |
|---|---|---|---|---|
| thép không gỉ 304 | 2 | 0.002–0.005 | 32–45 | Dụng cụ y tế |
| nhôm 6061 | 2 | 0.003–0.006 | 55–75 | Các thành phần hàng không vũ trụ |
Trong cùng điều kiện thiết lập tia laser sợi 4 kW giống hệt nhau, thép không gỉ duy trì độ nhất quán kích thước ở mức 98% qua 100 lần cắt, so với 91% của nhôm. Nhiệt độ nóng chảy thấp hơn của nhôm dẫn đến độ xù mép trung bình là 0.0008" trong quá trình cắt tốc độ cao (>80 m/phút).
Độ chính xác mà chúng ta thấy ở các máy cắt laser là nhờ vào các bộ phận chuyển động của chúng. Chẳng hạn, động cơ servo thế hệ mới có thể định vị công cụ trong phạm vi khoảng cộng trừ 5 micromet. Còn những thanh dẫn hướng tuyến tính cao cấp kia? Chúng giảm được vấn đề ma sát từ 40% đến 60% so với các ray thông thường. Khung máy cũng đóng vai trò quan trọng không kém. Một thiết kế cứng cáp có thể chịu được lực lệch hướng lên tới khoảng 12 kilonewton mỗi mét khi máy gia tốc. Một nghiên cứu gần đây từ lĩnh vực Tự động hóa Robot năm 2024 đã chỉ ra một điều thú vị: mức độ mà robot công nghiệp bị dịch chuyển khỏi vị trí ban đầu trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng các bộ phận được sản xuất trong những công việc đòi hỏi độ chính xác cao này. Điều đó hoàn toàn hợp lý khi nhìn vào những yêu cầu khắt khe mà các nhà sản xuất hiện nay đặt ra cho thiết bị của họ.
Hệ thống giảm rung cao cấp trên các máy cao cấp giới hạn dao động hài đến mức biên độ <0,8 μm, duy trì độ lặp lại ±0,01 mm. Cơ sở bằng hỗn hợp đá hoa cương và bộ giảm chấn hoạt động hấp thụ 85–92% năng lượng rung động môi trường, ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng có thể làm rộng vết cắt từ 15–30% trên vật liệu mỏng.
Các hệ thống dẫn tia duy trì độ trôi điểm tiêu chuẩn <0,03 mm có thể đạt được chiều rộng vết cắt dưới 0,1 mm trên thép không gỉ, với độ nhám mép (Ra) dưới 1,6 μm. Khí phụ trợ áp suất cao (lên đến 25 bar) ổn định sự hình thành plasma, giảm độ loe mép cắt 70%. Giám sát tia trong thời gian thực điều chỉnh dao động công suất trong vòng 50 ms, đảm bảo độ ổn định mật độ năng lượng ±2%.
Đạt được kết quả chính xác đồng nghĩa với việc cài đặt đúng mức công suất laser, dao động từ khoảng 200 đến 6.000 watt, điều chỉnh tốc độ gia công từ nửa mét mỗi phút lên đến 20 mét mỗi phút, và tính đến độ dày thực tế của vật liệu. Một số nghiên cứu gần đây vào năm 2025 đã phát hiện ra một điều thú vị liên quan đến các kim loại khác nhau. Khi cắt tấm thép không gỉ dày 1mm, các kỹ thuật viên thực tế có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng khoảng 25 phần trăm so với khi làm việc với nhôm ở tốc độ tương tự, nếu họ muốn duy trì trong khoảng dung sai chặt chẽ là ±0,05 mm. Đối với các vật liệu mỏng hơn dưới 3 milimét, việc tăng tốc độ lên từ 10 đến 15 mét mỗi phút đồng thời giữ mức công suất thấp sẽ giúp giảm các vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt khó chịu. Tuy nhiên, khi xử lý các tấm dày từ 10 đến 25 mm, mọi việc lại hoàn toàn thay đổi. Việc giảm tốc độ xuống chỉ còn từ 0,5 đến 3 mét mỗi phút là cần thiết, cùng với việc điều chỉnh công suất một cách cẩn thận trong suốt quá trình để đảm bảo khả năng xuyên thấu hoàn toàn.
Các hệ thống hiện đại sử dụng cảm biến chiều cao điện dung để điều chỉnh động vị trí tiêu cự, bù trừ cho hiện tượng cong vênh vật liệu trong quá trình cắt.
Các thuật toán học máy phân tích dữ liệu thời gian thực từ hơn 15 cảm biến (nhiệt độ, quang học, vị trí) để điều chỉnh thông số trong quá trình vận hành. Năm 2024 nghiên cứu tối ưu hóa quy trình phát hiện các hệ thống thích nghi cải thiện độ vuông góc mép cắt lên 22% khi cắt thép carbon có độ dày thay đổi. Các hệ thống này cũng giảm 65% thời gian chuẩn bị nhờ khớp dữ liệu vật liệu và điều chỉnh công suất dự đoán.
Bộ điều khiển tiên tiến thực hiện tới 10.000 điều chỉnh mỗi giây bằng vòng điều khiển PID và xác minh bằng giao thoa kế. Các điều chỉnh đường tia xảy ra trong vòng 4 µs kể từ khi phát hiện sai lệch, duy trì độ chính xác vị trí ±5 µm ngay cả ở tốc độ cắt lên đến 25 m/phút.
Các máy cắt laser có xu hướng bị lệch hướng nếu không được hiệu chỉnh định kỳ. Các nghiên cứu từ Viện Kỹ thuật Độ chính xác cho thấy những máy này có thể mất khoảng nửa milimét độ chính xác mỗi năm do các yếu tố như sự thay đổi nhiệt độ và các bộ phận bị mài mòn theo thời gian. Việc kiểm tra định kỳ giúp tránh những sai sót tốn kém bằng cách xử lý các vấn đề phổ biến như thấu kính bẩn, gương bị lệch vị trí và các ổ bi bắt đầu hư hỏng sau nhiều giờ vận hành liên tục. Việc giữ sạch các bộ phận quang học cũng tạo ra sự khác biệt rõ rệt. Một số thử nghiệm cho thấy bước đơn giản này có thể cải thiện độ ổn định của tia laser tới gần 18%, đồng nghĩa với các đường cắt sạch hơn, đặc biệt là khi làm việc với kim loại mỏng nơi yêu cầu độ chính xác cao nhất.
Hiệu chuẩn tự động giảm sai sót của con người tới 90% và hoàn tất việc căn chỉnh nhanh hơn gấp năm lần so với phương pháp thủ công. Tuy nhiên, hiệu chuẩn thủ công vẫn cần thiết đối với các hệ thống cũ đòi hỏi điều chỉnh lặp lại. Môi trường sản xuất đa dạng thường kết hợp cả hai phương pháp: tự động hóa đảm bảo khả năng lặp lại, trong khi các kỹ thuật viên có tay nghề giám sát các công việc tùy chỉnh quan trọng.
Dao động nhiệt độ vượt quá ±3°C có thể làm méo bước sóng tia laser sợi, trong khi độ ẩm trên 60% làm tăng tốc độ oxy hóa của thấu kính. Đào tạo đúng cách cho người vận hành giúp giảm mất độ chính xác tới 32%, vì các kỹ thuật viên có kinh nghiệm nhanh chóng nhận biết các vấn đề như lệch hướng khí hỗ trợ cắt. Các phương pháp tốt bao gồm:
Tuân thủ tiêu chuẩn ISO 9013:2022 giúp duy trì dung sai kích thước trong khoảng ±0,1 mm bất chấp điều kiện thay đổi tại xưởng sản xuất.
Tia laser sợi rất hiệu quả để cắt kim loại, đặc biệt là các kim loại phản quang như thép không gỉ.
Tia laser CO2 mang lại mép cắt sạch hơn và cắt nhanh hơn đối với các vật liệu phi kim loại như tấm acrylic.
Tia laser diode tạo ra các đường cắt rất hẹp và lý tưởng cho các vật liệu mỏng manh như lá kim loại mỏng và nhiều loại nhựa dùng trong điện tử.
Vật liệu càng dày thường gây ra độ lệch rãnh cắt càng rộng, trong khi vật liệu mỏng hơn có thể duy trì dung sai chặt hơn.
Động cơ servo giúp định vị chính xác các công cụ trong phạm vi vài micromet, nâng cao độ chính xác tổng thể của quá trình cắt.
Tin Tức Nổi Bật
RT Laser là một doanh nghiệp công nghệ cao được công nhận trên toàn quốc chuyên nghiên cứu, phát triển, sản xuất và bán thiết bị laser. Các sản phẩm cốt lõi của chúng tôi bao gồm máy cắt laser sợi quang, máy hàn laser cầm tay và máy uốn.
Số 6-8, công viên công nghiệp Binhe, quận Jiyang, thành phố Jinan, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc.
Bản quyền © 2025 thuộc về RAYTU LASER Technology Co., Ltd. Chính sách bảo mật
EN
