Bản in của bài viết

Quá trình cắt laser là một chuỗi các bước được kiểm soát chặt chẽ bởi hệ thống máy tính, đảm bảo sự chính xác và hiệu quả cao nhất.

Bước 1: Khởi tạo tia laser

Quá trình cắt bắt đầu tại nguồn Laser. Tại đây, năng lượng điện được sử dụng để kích thích các nguyên tử trong môi trường laser (ví dụ: hỗn hợp khí CO2 hoặc sợi quang pha đất hiếm trong Fiber Laser).
Sự kích thích này khiến các nguyên tử phát ra chùm photon năng lượng cao đồng nhất (cùng bước sóng, cùng pha). Chùm photon này được khuếch đại thông qua hệ thống cộng hưởng quang học, tạo ra chùm tia laser cường độ cao, sẵn sàng cho quá trình truyền dẫn.

Bước 2: Truyền dẫn và hội tụ năng lượng

Sau khi được tạo ra, chùm tia laser được dẫn đến đầu cắt. Đây là bước quan trọng nhất quyết định hiệu quả cắt:

• Truyền dẫn: Tia laser được dẫn qua hệ thống gương (đối với CO2) hoặc cáp quang linh hoạt (đối với Fiber) đến đầu cắt.
• Hội tụ: Bên trong đầu cắt, tia laser đi qua một thấu kính hội tụ (Focusing Lens). Thấu kính này có nhiệm vụ nén toàn bộ năng lượng của chùm tia vào một khu vực cực kỳ nhỏ, gọi là tiêu điểm (Focal Point).
• Mật độ năng lượng: Tiêu điểm thường có đường kính chỉ khoảng vài phần trăm milimet (0.1 mm đến 0.3 mm). Việc tập trung toàn bộ năng lượng vào diện tích nhỏ này tạo ra mật độ năng lượng cực lớn, vượt qua ngưỡng làm tan chảy mọi vật liệu.

Bước 3: Tương tác vật liệu và tạo khe cắt

Khi tiêu điểm chạm vào bề mặt vật liệu, quá trình cắt thực sự bắt đầu:

• Nung chảy tức thời: Mật độ năng lượng tập trung tại tiêu điểm lớn đến mức khiến vật liệu tại điểm đó đạt đến nhiệt độ vài nghìn độ C trong tích tắc.
• Tác động: Vật liệu sẽ ngay lập tức nóng chảy hoặc bốc hơi, tạo thành một khe hở hẹp gọi là khe cắt (Kerf). Đây là nguyên tắc cơ bản của cắt laser: sử dụng nhiệt năng để loại bỏ vật liệu theo đường đã định.

Bước 4: Loại bỏ xỉ bằng khí hỗ trợ

Để đảm bảo đường cắt sạch và liên tục, Khí hỗ trợ  được cung cấp đồng thời với tia laser:

• Đẩy xỉ: Khí nén (thường là Oxy hoặc Nitơ) được thổi qua vòi phun đồng trục với tia laser với áp suất cao. Nhiệm vụ chính là đẩy vật liệu nóng chảy (xỉ) ra khỏi khe cắt, ngăn không cho vật liệu đông đặc lại làm tắc đường cắt hoặc bám dính vào mép cắt.
• Làm nguội và bảo vệ: Khí còn giúp làm nguội mép cắt, cải thiện chất lượng bề mặt. Đồng thời, nó tạo ra một luồng khí bảo vệ, ngăn khói, bụi bẩn và tia lửa bắn ngược lên làm hỏng thấu kính hội tụ đắt tiền.

Bước 5: Chuyển động và hoàn tất

• Điều khiển CNC: Sau khi tia laser xuyên thủng vật liệu, Hệ thống điều khiển CNC (Computer Numerical Control) bắt đầu điều khiển đầu cắt di chuyển liên tục theo hình dạng và kích thước đã được lập trình sẵn trong file thiết kế.
• Đường cắt liên tục: Tốc độ di chuyển được tính toán chính xác dựa trên công suất laser và độ dày/loại vật liệu để đảm bảo quá trình nóng chảy và loại bỏ xỉ diễn ra liên tục. Quá trình này kết thúc khi đầu cắt trở về điểm bắt đầu hoặc hoàn thành toàn bộ đường viền chi tiết, tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh với độ chính xác cao.

 
Tóm lại, quá trình cắt laser kim loại là sự kết hợp tinh vi giữa vật lý quang học và công nghệ điều khiển số CNC. Bắt đầu từ việc khởi tạo và hội tụ chùm tia năng lượng cao, đến tương tác vật liệu và loại bỏ xỉ bằng khí hỗ trợ, mọi bước đều được hệ thống máy tính kiểm soát chặt chẽ.

Nguyên lý cơ bản của máy cắt laser là sử dụng nhiệt năng tập trung cao độ từ chùm tia sáng để nung chảy, làm bay hơi (hóa hơi) vật liệu tại một điểm rất nhỏ, sau đó dùng khí nén áp suất cao để thổi vật liệu nóng chảy đi, tạo ra một khe cắt sạch và chính xác.