Máy cắt laser sợi quang: Cấu tạo, ứng dụng và cách chọn

Máy cắt laser sợi quang là giải pháp gia công kim loại sử dụng nguồn Fiber Laser, nổi bật với tốc độ cắt cao, độ chính xác. Bài viết sau của Weldcom sẽ giúp bạn nắm được thông tin tổng quan về thiết bị này.

1. Máy cắt laser sợi quang là gì?

Máy cắt laser sợi quang hay máy cắt Fiber Laser là thiết bị sử dụng chùm tia laser được tạo ra từ nguồn laser sợi quang để cắt và tạo hình vật liệu. Chùm laser được dẫn đến đầu cắt, hội tụ thành điểm có mật độ năng lượng cao trên bề mặt phôi, làm vật liệu nóng chảy hoặc bay hơi và tạo thành đường cắt theo chương trình đã thiết lập.

Công nghệ Fiber Laser đặc biệt phù hợp với gia công kim loại như thép carbon, thép không gỉ, nhôm, đồng và đồng thau. So với hệ laser CO2 truyền thống, hệ dẫn tia bằng sợi quang có kết cấu gọn hơn, ít bộ phận quang học cần căn chỉnh và phù hợp với các hệ thống cắt kim loại công nghiệp hiện đại.

2. Nguyên lý hoạt động của máy cắt laser sợi quang

Quá trình cắt có thể khái quát qua các bước:

1. Tạo chùm laser: Nguồn Fiber tạo ra chùm tia laser có công suất theo cấu hình của máy.
2. Truyền chùm tia: Laser được dẫn qua sợi quang đến đầu cắt mà không cần hệ thống gương dẫn tia như laser CO2 truyền thống.
3. Hội tụ năng lượng: Hệ thấu kính trong đầu cắt tập trung chùm laser thành điểm nhỏ trên bề mặt vật liệu.
4. Làm nóng và loại bỏ vật liệu: Năng lượng laser làm vật liệu tại vị trí cắt nóng chảy hoặc bay hơi. Khí hỗ trợ như oxy hoặc nitơ được đưa qua đầu cắt để đẩy vật liệu nóng chảy khỏi khe cắt.
5. Điều khiển theo biên dạng: Hệ thống CNC điều khiển chuyển động của đầu cắt và các trục máy theo chương trình, tạo ra biên dạng chi tiết yêu cầu.

Chất lượng và năng suất cắt không chỉ phụ thuộc vào công suất nguồn laser mà còn chịu ảnh hưởng bởi đầu cắt, tiêu cự, loại và áp suất khí hỗ trợ, vật liệu, chiều dày phôi, tốc độ cắt và các thông số công nghệ khác.

3. Cấu tạo máy cắt laser sợi quang

3.1. Nguồn laser sợi quang

Nguồn laser tạo ra chùm tia cung cấp năng lượng cho quá trình cắt. Công suất nguồn là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến phạm vi chiều dày vật liệu, tốc độ cắt và khả năng gia công của máy.

3.2. Đầu cắt laser

Đầu cắt tiếp nhận chùm laser từ nguồn, hội tụ chùm tia xuống bề mặt phôi và đưa khí hỗ trợ vào vùng cắt. Các hệ thống hiện đại có thể sử dụng chức năng điều chỉnh tiêu cự tự động để thích ứng với từng vật liệu và chiều dày gia công.

3.3. Thân máy cắt laser sợi quang và hệ thống truyền động

Thân máy tạo nền tảng cơ khí cho toàn bộ hệ thống và phải đảm bảo độ cứng vững trong quá trình vận hành. Hệ truyền động điều khiển chuyển động của đầu cắt theo các trục với tốc độ và độ chính xác theo thiết kế của từng máy.

3.4. Hệ thống điều khiển CNC

Bộ điều khiển CNC tiếp nhận chương trình gia công và điều phối chuyển động của các trục, nguồn laser, đầu cắt cùng các chức năng liên quan. Phần mềm lập trình và xếp hình chi tiết giúp bố trí sản phẩm trên vật liệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phôi.

3.5. Hệ thống phụ trợ

Một hệ thống máy cắt laser sợi quang còn có thể bao gồm bộ làm mát, hệ thống cấp khí, hút bụi và xử lý khói, bôi trơn, ổn áp hoặc các thiết bị điện phụ trợ. Tùy cấu hình, máy có thể tích hợp bàn chuyển đổi, hệ thống cấp và dỡ phôi hoặc kho vật liệu tự động.

4. Máy cắt laser sợi quang cắt được vật liệu gì?

Các nhóm vật liệu phổ biến gồm:

• Thép carbon: Vật liệu sử dụng rộng rãi trong chế tạo máy, kết cấu thép, bản mã, thiết bị công nghiệp và nhiều sản phẩm cơ khí.
• Thép không gỉ: Vật liệu phổ biến trong tủ điện, thiết bị thực phẩm, nội thất kim loại, thiết bị công nghiệp và các sản phẩm yêu cầu khả năng chống ăn mòn.
• Nhôm và hợp kim nhôm: Vật liệu ứng dụng trong giao thông vận tải, thiết bị công nghiệp, điện tử, nội thất và nhiều chi tiết có yêu cầu khối lượng nhẹ.
• Đồng và đồng thau: Fiber Laser có thể gia công các kim loại có tính phản xạ cao này khi nguồn laser, đầu cắt và thông số công nghệ phù hợp.

5. Ưu điểm và hạn chế của máy cắt laser sợi quang

5.1. Ưu điểm của máy cắt laser sợi quang

• Tốc độ gia công cao: Đặc biệt hiệu quả khi cắt kim loại tấm và sản xuất số lượng lớn.
• Gia công nhiều loại kim loại
• Đường cắt chính xác: Chùm laser được hội tụ tại vùng nhỏ, cho phép gia công các biên dạng phức tạp với khe cắt nhỏ.
• Hệ dẫn tia đơn giản: Chùm laser được truyền bằng sợi quang, giảm các bộ phận quang học cần căn chỉnh so với hệ laser CO2 truyền thống.
• Dải công suất rộng: Công nghệ Fiber Laser có thể được triển khai từ các hệ thống phục vụ gia công thông thường đến máy công suất lớn dành cho thép tấm dày và công nghiệp nặng.
• Thuận lợi cho tự động hóa: Máy cắt laser sợi quang có thể tích hợp bàn chuyển đổi, hệ thống cấp dỡ phôi, kho vật liệu và các giải pháp sản xuất tự động tùy cấu hình.

5.2. Hạn chế của máy cắt laser sợi quang

• Chi phí đầu tư tăng đáng kể khi lựa chọn nguồn laser công suất lớn hoặc hệ thống tự động hóa cao.
• Hiệu quả cắt phụ thuộc đồng thời vào nguồn laser, đầu cắt, khí hỗ trợ, vật liệu và thông số công nghệ.
• Máy cắt laser sợi quang công suất lớn yêu cầu hạ tầng điện, khí, làm mát và hút bụi tương ứng.
• Lựa chọn công suất lớn hơn nhiều so với nhu cầu thực tế có thể làm tăng chi phí đầu tư và kéo dài thời gian thu hồi vốn.
• Fiber Laser chủ yếu phát huy lợi thế trong gia công kim loại, không phải giải pháp tối ưu cho mọi loại vật liệu phi kim.

6. Các loại máy cắt laser sợi quang phổ biến

6.1. Phân loại theo dạng vật liệu gia công

• Máy laser cắt tấm: Thiết kế chuyên biệt để gia công kim loại dạng tấm.
• Máy cắt laser ống: Sử dụng hệ thống mâm cặp để gá và xoay phôi, phù hợp với ống tròn, ống vuông, ống hộp và một số dạng thép hình. Máy có thể thực hiện cắt, tạo lỗ, khe, rãnh và các biên dạng phục vụ lắp ghép.
• Máy cắt laser kết hợp tấm và ống: Tích hợp khả năng gia công tấm và ống trên cùng một thiết bị.
• Máy cắt laser xả cuộn: Kết hợp Fiber Laser với hệ thống xả cuộn, nắn phẳng và cấp vật liệu. Giải pháp phù hợp hơn với sản xuất hàng loạt từ vật liệu dạng cuộn như tủ điện, cửa thép hoặc thang máng cáp.

6.2. Phân loại theo công suất nguồn laser

Công suất nguồn ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ gia công và phạm vi chiều dày có thể xử lý hiệu quả.

• Máy cắt laser sợi quang công suất từ 1 đến 6 kW tập trung nhiều hơn vào gia công tấm mỏng và chiều dày trung bình
• Máy cắt laser sợi quang công suất từ 12 kW trở lên được xếp vào nhóm công suất lớn, hướng tới năng suất cao hơn và gia công vật liệu dày.

7. Cách lựa chọn máy cắt laser sợi quang

7.1. Xác định vật liệu và chiều dày thường xuyên gia công

Doanh nghiệp nên thống kê loại vật liệu, chiều dày tối thiểu, tối đa và đặc biệt là nhóm chiều dày chiếm tỷ trọng sản xuất lớn nhất. Đây là cơ sở quan trọng để lựa chọn công suất nguồn laser và cấu hình đầu cắt phù hợp.

7.2. Chọn kết cấu máy cắt laser sợi quang theo dạng phôi

• Nếu sản phẩm chủ yếu được sản xuất từ kim loại tấm, máy laser cắt tấm là lựa chọn chuyên dụng.
• Doanh nghiệp chuyên gia công ống và thép hộp nên ưu tiên máy laser ống.
• Trong khi xưởng có cả đơn hàng tấm và ống nhưng sản lượng từng nhóm không quá lớn có thể xem xét máy kết hợp tấm và ống.
• Với nhà máy sử dụng tôn cuộn và sản xuất số lượng lớn các chi tiết lặp lại, hệ thống laser xả cuộn có thể giúp liên kết các công đoạn xả, nắn, cấp liệu và cắt trong một dây chuyền.

7.3. Lựa chọn công suất nguồn laser

Công suất máy cắt laser sợi quang cần được tính toán theo vật liệu, chiều dày và năng suất yêu cầu. Công suất cao hơn có thể mở rộng khả năng xử lý tấm dày và tăng tốc độ ở nhiều dải chiều dày, nhưng đồng thời kéo theo chi phí đầu tư và yêu cầu hạ tầng lớn hơn.

Doanh nghiệp nên đánh giá cơ cấu đơn hàng thực tế thay vì chỉ so sánh số kW giữa các máy.

7.4. Chọn khổ làm việc phù hợp

Khổ làm việc nên dựa trên kích thước tấm nguyên liệu và chi tiết thường xuyên gia công. Chọn khổ quá nhỏ sẽ hạn chế khả năng sản xuất, trong khi máy cắt laser sợi quang quá lớn so với nhu cầu lại làm tăng chi phí đầu tư và diện tích lắp đặt.

7.5. Cân nhắc mức độ tự động hóa

Với sản lượng lớn hoặc nhà máy vận hành nhiều ca, doanh nghiệp có thể cân nhắc bàn đổi phôi, hệ thống cấp dỡ phôi hoặc kho vật liệu tự động. Nếu sản lượng chưa cao, máy độc lập hoặc cấu hình cơ bản thường phù hợp hơn và tránh đầu tư dư thừa.

7.6. Tính toán chi phí đầu tư và vận hành

Không nên chỉ so sánh giá mua máy. Chi phí điện, khí cắt, vật tư tiêu hao, bảo trì và nhân công cũng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả đầu tư. Cấu hình phù hợp là cấu hình đáp ứng được sản xuất với tổng chi phí vận hành hợp lý.

7.7. Lựa chọn nhà cung cấp

Ngoài thương hiệu và cấu hình máy, cần xem xét năng lực tư vấn, lắp đặt, đào tạo, bảo hành và hỗ trợ kỹ thuật của nhà cung cấp. Với máy cắt laser sợi quang phục vụ sản xuất liên tục, khả năng hỗ trợ nhanh khi phát sinh sự cố là yếu tố đặc biệt quan trọng.

8. Giải pháp máy cắt laser sợi quang YAWEI

YAWEI là thương hiệu máy công cụ có hơn 60 năm kinh nghiệm, cung cấp nhiều giải pháp cho ngành gia công kim loại tấm như máy cắt laser, máy chấn, máy đột CNC và hệ thống tự động hóa. Các dòng máy cắt laser sợi quang YAWEI được phát triển với nhiều cấu hình, đáp ứng từ nhu cầu gia công thông thường đến sản xuất công nghiệp công suất lớn.

8.1. Đa dạng cấu hình theo nhu cầu sản xuất

YAWEI phát triển nhiều dòng máy laser cho các nhu cầu khác nhau về vật liệu, chiều dày, khổ gia công và sản lượng. Doanh nghiệp có thể lựa chọn từ máy cắt độc lập đến cấu hình tích hợp cấp dỡ phôi và kho vật liệu tự động.

8.2. Đáp ứng nhu cầu cắt laser công suất lớn

Bên cạnh các dòng máy phổ thông, YAWEI còn có các giải pháp laser công suất lớn dành cho doanh nghiệp cần tăng năng suất hoặc gia công vật liệu dày. Tại Việt Nam, Weldcom đã triển khai thực tế các hệ thống laser công suất 15 kW và 20 kW.

8.3. Thuận lợi khi mở rộng tự động hóa

YAWEI không chỉ sản xuất máy cắt laser sợi quang mà còn cung cấp máy chấn, máy đột CNC và các giải pháp tự động hóa cho gia công kim loại tấm. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể bắt đầu với một máy độc lập và từng bước mở rộng thành hệ thống sản xuất tự động khi nhu cầu tăng.

9. Lựa chọn máy cắt laser sợi quang tại Weldcom

Weldcom phân phối thiết bị YAWEI tại Việt Nam từ năm 2015, đồng thời cung cấp dịch vụ tư vấn, lắp đặt, chuyển giao và hỗ trợ kỹ thuật sau bán hàng. Thay vì chỉ lựa chọn máy cắt CNC theo công suất, Weldcom tư vấn cấu hình dựa trên vật liệu, chiều dày, sản lượng và nhu cầu sản xuất thực tế.

9.1. Kinh nghiệm triển khai thực tế

Weldcom đã triển khai nhiều hệ thống máy cắt laser từ phân khúc phổ thông đến công suất lớn. Kinh nghiệm thực tế giúp đội ngũ kỹ thuật tư vấn đồng bộ từ lựa chọn cấu hình, chuẩn bị hạ tầng đến lắp đặt và đưa máy vào sản xuất.

9.2. Đội ngũ kỹ thuật chuyên sâu

Weldcom có đội ngũ kỹ thuật phụ trách từng nhóm thiết bị, thực hiện lắp đặt, chuyển giao, bảo hành, bảo trì và sửa chữa. Công ty cũng đầu tư thiết bị đo kiểm chuyên dụng để kiểm tra độ chính xác và hỗ trợ công tác kỹ thuật cho máy cắt laser.

9.3. Hỗ trợ trong suốt quá trình sử dụng

Sau khi máy cắt laser sợi quang đi vào sản xuất, Weldcom tiếp tục hỗ trợ bảo trì, xử lý sự cố và các vấn đề kỹ thuật phát sinh trong quá trình vận hành. Doanh nghiệp vì vậy có một đầu mối xuyên suốt từ tư vấn đầu tư, lắp đặt đến dịch vụ sau bán hàng.

Với những thông tin Weldcom gửi đến trên đây, mong rằng bạn đã nắm được những thông tin quan trọng về thiết bị. Với đa dạng cấu hình từ YAWEI cùng năng lực tư vấn, triển khai và dịch vụ kỹ thuật của Weldcom, nếu có nhu cầu đầu tư thiết bị doanh nghiệp hãy liên hệ theo hotline hoặc website để nhận tư vấn kỹ thuật về máy cắt laser sợi quang chi tiết.

Công ty Cổ phần Công Nghiệp Weldcom

• Địa chỉ: 285 Ngô Gia Tự, Phường Việt Hưng, Hà Nội
• Hotline: 1900 9410
• Website: weldcom.vn
• Email: sales@weldcom.vn