Mức độ linh hoạt mới trong công nghệ cắt laser sợi quang

Laser sợi quang cung cấp chất lượng chùm tia có thể lập trình được

Máy cắt laser sợi quang đã nổi lên như một công nghệ được lựa chọn để cắt kim loại tấm trong ngành công nghiệp chế tạo kim loại. Chúng có thể mang lại năng suất vô song, độ chính xác và hoạt động hiệu quả về chi phí khi so sánh với các công nghệ cắt đi trước chúng.

Phải nói rằng, công nghệ cắt laser sợi quang vẫn còn nhiều điểm để cải tiến. Nhiều hệ thống hiện đang được sử dụng trong các cửa hàng chế tạo được trang bị laser sợi quang tạo ra độ rộng chùm tia có kích thước cụ thể, hạn chế tính linh hoạt của chúng. Ví dụ, khi laser sợi quang sơ khai được bán ra, chúng được sử dụng chủ yếu để cắt kim loại tấm mỏng; kích thước điểm nhỏ của chùm tia laser cung cấp năng lượng tập trung hơn nhiều so với chùm tia laser CO ₂ tạo ra và nhanh chóng cắt xuyên qua máy đo mỏng, nhưng lại gặp khó khăn với kim loại dày hơn. Điều đó đã thay đổi với sự ra đời của các hệ thống thủ công và tự động có thể thay đổi kích thước điểm của tia laser, nhưng những hệ thống đó có đầu cắt phức tạp đã đặt ra một số câu hỏi về độ tin cậy trong mắt một số người.

Làm thế nào cắt laser đến đây

Laser CO ₂ cung cấp năng lượng cho các công cụ cắt laser thời kỳ đầu. Những tia laser này, sử dụng một ống chứa đầy khí được cung cấp năng lượng bởi sự phóng điện để tạo ra ánh sáng laser, đã trở thành con ngựa của cửa hàng fab đầu thế kỷ 21. Tuy nhiên, laser CO ₂ tương đối lớn, không hiệu quả và dễ vỡ, đồng thời chúng cần bảo trì thường xuyên và vật tư tiêu hao đắt tiền. Hơn nữa, hệ thống phức tạp của gương và ống chùm thanh lọc dễ bị xuống cấp do nhiễm bẩn, lệch trục và các biến đổi trong điều kiện môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ và mức độ rung động. Tuy nhiên, laser CO ₂ tiếp tục được sử dụng để cắt các kim loại dày vì chúng cung cấp chất lượng cạnh tốt.

Cũng trong những năm 1990, sợi pha tạp đất hiếm nổi lên như một phương tiện khuếch đại mới cho viễn thông quang học. Laser sợi quang là thực tế và đáng tin cậy duy nhất bởi vì chúng loại bỏ nhu cầu quang học không gian tự do, chẳng hạn như gương. Nguồn bơm diode được đưa đến môi trường khuếch đại thông qua sợi quang. Khoang này bao gồm sợi quang và việc phân phối sợi quang được hỗ trợ một cách tự nhiên vì chùm tia laze được tạo ra bên trong sợi quang. Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn của môi trường khuếch đại sợi cho phép làm mát hiệu quả.

Laser sợi quang nổi bật vì những đặc điểm độc đáo của chúng:

• Không có quang học không gian trống bên trong hoặc bên ngoài khoang laser (cho đến đầu quá trình)
• Một đường dẫn quang học kín, không có sự liên kết giúp loại bỏ khả năng xuống cấp và các chế độ hỏng hóc
• Hiệu quả cắm tường cao, giảm thiểu yêu cầu về điện năng và làm mát
• Chất lượng chùm sáng cao không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường và mức công suất quang học
• Không cần bảo trì định kỳ, vật tư tiêu hao hoặc hiệu chuẩn

Trạng thái của việc cắt bằng sợi quang

Cuộc thảo luận ở trên giải thích tại sao laser sợi quang mang lại hiệu quả, độ tin cậy và chi phí vận hành tốt nhất, nhưng còn tốc độ cắt kim loại và chất lượng cạnh thì sao? Ở đây, tình hình phức tạp hơn.

Hình 2 So sánh việc cắt thép nhẹ có hỗ trợ oxy bằng cách sử dụng laser sợi quang tiêu chuẩn 4 kW với sợi cấp liệu 100 μm và laser sợi quang 4 kW được hiển thị. Biểu đồ phía trên hiển thị tốc độ cắt và biểu đồ phía dưới hiển thị các giá trị độ nhám cạnh đo được. Ảnh thể hiện chất lượng cạnh được trình bày bên dưới biểu đồ, với hình ảnh chùm được bao gồm bên dưới mỗi ảnh.

Một cửa hàng việc làm điển hình cần phải xử lý hỗn hợp đa dạng các kim loại và độ dày, và những hạn chế của các nhà tích hợp công cụ lực công nghệ laser hiện tại và người dùng cuối phải hy sinh một thứ gì đó. Họ cần công nghệ cắt laser có thể điều chỉnh kích thước điểm để cắt nhiều độ dày kim loại khác nhau. Các cửa hàng không có khả năng đó có thể có nhiều máy cắt laser, chẳng hạn như công cụ laser sợi quang nhỏ cho máy đo ánh sáng và laser sợi quang chùm lớn hơn hoặc laser CO ₂ cho tấm dày hơn.

Các cửa hàng có khả năng điều chỉnh kích thước tại chỗ bằng máy cắt laser của họ có mối quan tâm của riêng họ. Một số phải thay đổi thủ công thấu kính lấy nét trong đầu cắt để tối ưu hóa kích thước điểm laser sợi quang, điều này dẫn đến mất năng suất với mỗi lần thay đổi thấu kính. Nhà chế tạo cũng có nguy cơ làm ô nhiễm ống kính hoặc đầu cắt trong quá trình tương tác thủ công này.

Các cửa hàng có máy cắt laser có thể tự động thay đổi kích thước điểm phải là cơ chế máy công cụ nhận biết. Các phương pháp tiếp cận tự động hiện tại thường sử dụng quang học không gian trống có động cơ. Ví dụ bao gồm các đầu cắt chuyên dụng, bộ ghép từ sợi sang sợi, bộ ghép nối giữa không gian trống với sợi có thể thay đổi các điều kiện khởi động vào sợi hoặc bộ chuyển mạch từ sợi sang sợi với hai đến bốn đầu ra được kết hợp với các sợi xử lý độc lập.

Victor cho biết: “Các phương pháp tiếp cận quang học trong không gian tự do như vậy đòi hỏi chi phí và độ phức tạp đáng kể, đồng thời có thể làm giảm hiệu suất và độ tin cậy của công cụ. “Chúng cũng nhạy cảm với các điều kiện môi trường bị lệch, nhiễm bẩn, và; giới thiệu sự phụ thuộc công suất (thấu kính nhiệt) và suy hao quang học; hoặc có tốc độ chuyển đổi chậm. ”

Victor nói thêm rằng các đầu cắt chuyên dụng thường lớn hơn và nặng hơn các đầu cắt quang cố định tiêu chuẩn, dẫn đến giảm gia tốc và đặt ra các yêu cầu thiết kế bổ sung đối với giàn và động cơ.

Kịch bản này về việc các cửa hàng chế tạo buộc phải thỏa hiệp giữa tính linh hoạt trong hỗn hợp công việc và hiệu suất và độ tin cậy của công cụ đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu của nLIGHT tìm kiếm một cách để cung cấp điều chỉnh kích thước điểm có thể được thực hiện trực tiếp từ nguồn laser. Suy nghĩ cho rằng sự phát triển như vậy sẽ mang lại cho các nhà chế tạo những lợi thế đáng kể trong việc sử dụng công cụ và chi phí cho mỗi bộ phận.

Công Ty Cổ Phần Thiết Bị và Giải Pháp Cơ Khí Automech – nhà cung cấp các dòng máy gia công kim loại tấm, hàn laser, giải pháp tự động từ những nhà cung cấp nổi tiếng JFY – member of TRUMPF group, Han’s laser, EKO, Yadon, ABB…. Automech đã hợp tác với nhiều đối tác thương mại lớn ở trong và ngoài nước nhằm phục vụ nhu cầu sản xuất đa dạng. Hệ sinh thái sản phẩm đa dạng cùng mức giá hợp lí là điểm cộng to lớn giúp Automech ngày càng chiếm được lòng tin của khách hàng.