Bài 6.2CắtChương 6 · Cắt và gia công phi truyền thống

Cắt laser

Ánh sáng hội tụ làm chảy hoặc bay hơi một đường cắt hẹp

Cắt laser vẽ một hình trong vật liệu phẳng bằng chùm sáng hội tụ làm chảy một đường hẹp xuyên qua nó. Nhiều giá đỡ kim loại, tấm vỏ hộp và biển acrylic bắt đầu như vậy. Nó không cần khuôn: máy cắt thẳng từ tệp bản vẽ, nên làm một chi tiết dễ như làm một nghìn.

Ảnh: EGU-Metall, CC BY-SA 3.0, qua Wikimedia Commons

Đầu cắt laser phía trên tấm, mặt cắt cạnh dọc theo đường cắtHình là mặt cắt cạnh dọc theo đường cắt: đầu di chuyển sang phải và để lại rãnh cắt phía sau. Các số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới.

Cách hoạt động

Tạo chùm tia. Nguồn laser biến điện thành chùm hồng ngoại mạnh, vô hình. Laser sợi (chùm tia sinh ra bên trong sợi thủy tinh) thống trị cắt kim loại; laser CO2 (chùm tia đến từ hỗn hợp khí) phổ biến cho gỗ và nhựa.
Hội tụ nó. Cáp sợi quang (hoặc gương, với CO2) dẫn chùm tia đến đầu cắt. Thấu kính cô đặc nó thành điểm rộng một phần nhỏ của milimet.
Làm chảy. Ở điểm đó năng lượng tập trung đến mức vật liệu chảy, hoặc bay hơi một phần, xuyên suốt độ dày.
Thổi ra. Khí hỗ trợ chảy qua vòi quanh chùm tia và thổi kim loại nóng chảy ra khỏi đáy đường cắt thành tia lửa. Oxy cũng đốt cháy thép và thêm nhiệt; nitơ để lại mép sạch, sáng.
Vẽ đường viền. Hệ thống CNC (điều khiển số bằng máy tính) di chuyển đầu dọc đường viền, để lại rãnh cắt hẹp (khe do nhát cắt tạo ra). Một cảm biến giữ vòi cách tấm khoảng 1 mm.

Hầu hết máy cắt tấm phẳng nằm trên bàn có các thanh đỡ nhọn. Laser cắt ống xoay ống dưới đầu để cắt lỗ, rãnh và đầu vát.

Thông số chính

Vật liệu: Thép carbon và thép không gỉ, nhôm, đồng và đồng thau (laser sợi); gỗ, acrylic, bìa các-tông, vải và da (laser CO2)
Chi tiết thường gặp: Giá đỡ, tấm vỏ hộp, gioăng, biển hiệu và chữ, chi tiết phẳng xếp trên một tấm
Kích thước chi tiết: Tấm phẳng thường đến 1,5 × 3 m hoặc 2 × 4 m; thép dày đến khoảng 25 mm trên máy thông dụng
Độ chính xác: Thường khoảng ±0,1 mm
Bề mặt hoàn thiện: Mặt cắt nhẵn với các vạch dọc mịn; vùng ảnh hưởng nhiệt mỏng (dải mà nhiệt đã thay đổi cấu trúc)
Số lượng phù hợp: Từ một chi tiết đến loạt lớn, không cần khuôn và nạp tấm tự động
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Không cần khuôn riêng cho chi tiết; máy cắt CO2 sở thích tốn vài nghìn đô la, máy laser sợi công nghiệp vài trăm nghìn
Tốc độ: Hàng chục mét mỗi phút ở tấm mỏng; khoảng 1 m/phút với thép 20 mm

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Không cần khuôn: mọi đường viền 2D thẳng từ tệp bản vẽ
Rãnh cắt hẹp và chi tiết tinh xảo, thường khoảng ±0,1 mm
Nhanh ở tấm mỏng; chi tiết được xếp (nesting: xếp sát trên tấm) để tiết kiệm vật liệu
Một máy xử lý nhiều kim loại, hoặc gỗ và nhựa với nguồn CO2

Hạn chế

Chủ yếu tấm phẳng và ống; tấm dày thì chậm
Nhiệt để lại vùng biến đổi mỏng và có thể làm cong chi tiết mỏng
Đồng và đồng thau bóng cần laser sợi và sự cẩn thận
Một số loại nhựa, như PVC, tỏa khí độc và không được cắt laser

Ứng dụng

Xưởng gia công tôn tấmGiá đỡ, tấm, tấm chắn máy, chi tiết đơn chiếc
Ô tôChi tiết thân xe mẫu thử, cắt tỉa chi tiết đã tạo hình bằng laser 5 trục, chi tiết ống xả
Máy móc và nông nghiệpKhung, mặt bích, tấm tăng cứng, tấm lắp
Kiến trúc và biển hiệuTấm chắn mặt dựng trang trí, chữ, chi tiết cầu thang
Điện tửKhuôn stencil kem hàn bằng thép không gỉ, chi tiết che chắn mỏng
Người sáng tạo và thiết kếMàn trưng bày acrylic, mô hình ván ép, đồ da

Cách nhận biết

Các vạch dọc rất mịn, đều (vân cắt) trên mặt cắt, và mép sắc, vuông.
Những tab hoặc khía nhỏ trên mép: mối nối vi mô, những cầu nhỏ để lại giữ chi tiết trong tấm và bẻ ra sau.
Một vết xuyên nhỏ nơi mỗi nhát cắt bắt đầu, nơi chùm tia đốt xuyên lần đầu, thường nằm ngay ngoài đường viền cuối.
Trên gỗ, mép hơi cháy xém nâu; trên acrylic, mép bóng như đánh bóng bằng lửa.

So sánh với

Cắt plasma6.3rẻ hơn và nhanh hơn với thép tấm dày, nhưng rãnh cắt rộng hơn và mép thô hơn, hơi vát.Cắt tia nước6.4không có nhiệt và cắt được đá, thủy tinh và kim loại rất dày, nhưng chậm hơn.Dập lỗ6.1nhanh hơn với nhiều lỗ giống hệt trên tấm mỏng, nhưng mỗi hình cần dụng cụ riêng.

Xem video

Ponoko Laser Cutting · Các bộ phận của máy cắt laser, giải thích đơn giản

Small Things · Vì sao ánh sáng hội tụ làm chảy được thép

TRUMPF Inc. · Một laser sợi cắt tấm 25 mm, cả tia lửa

Ray Frith · Cắt tấm 3 mm hằng ngày trên sàn xưởng

Xem ảnh thật

Wikipedia: Cắt laser — ảnh đầu cắt laser và chi tiết đã cắt, kèm dữ liệu quy trình
Tìm ảnh trên Wikimedia Commons

Ghi nhớ

Thấu kính hội tụ chùm tia thành điểm nhỏ làm chảy một đường xuyên qua vật liệu.
Khí hỗ trợ thổi nhựa chảy ra; oxy thêm nhiệt, nitơ giữ mép sạch.
Không cần khuôn và khoảng ±0,1 mm: lựa chọn mặc định cho chi tiết phẳng ở tấm mỏng đến vừa.