Nguyên Lý Hoạt Động & Cấu Tạo Máy Cắt Laser Fiber

Máy cắt Laser Fiber – một công nghệ tiên tiến trong ngành gia công kim loại đang ngày càng chứng minh vai trò không thể thiếu trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. Để hiểu rõ về sức mạnh và hiệu quả mà thiết bị này mang lại, việc nắm bắt nguyên lý hoạt động, cấu tạo chi tiết của nó là vô cùng quan trọng.

Bài viết này, VNTECH sẽ đi sâu vào khám phá nguyên lý hoạt động và các thành phần cốt lõi tạo nên một chiếc máy cắt Laser Fiber hoàn chỉnh giúp bạn có cái nhìn tổng quan về công nghệ cắt laser hiện đại này.

Nội dung bài viết

1 Nguyên lý máy cắt laser sợi quang
2 Cấu tạo máy cắt laser sợi quang

Nguyên lý máy cắt laser sợi quang

Máy cắt laser sợi quang hoạt động dựa trên nguyên lý phát xạ kích thích ánh sáng trong môi trường sợi quang tạo ra chùm tia laser cường độ cao được hội tụ để cắt vật liệu. Để hiểu rõ hơn, hãy cùng phân tích chi tiết từng bước trong quá trình hoạt động:

1/ Tạo ánh sáng ban đầu (diode bơm):

– Quá trình bắt đầu bằng việc sử dụng các diode laser (diode bơm) để tạo ra ánh sáng.

– Ánh sáng này có bước sóng cụ thể, thường nằm trong vùng hồng ngoại gần và được sử dụng làm nguồn năng lượng để kích thích sợi quang.

2/ Khuếch đại ánh sáng (sợi quang pha tạp):

– Ánh sáng từ diode bơm được dẫn vào lõi của sợi quang học đặc biệt, được pha tạp các nguyên tố đất hiếm (thường là ytterbium).

– Các nguyên tố đất hiếm này có khả năng hấp thụ năng lượng từ ánh sáng diode bơm và phát ra ánh sáng đồng bộ.

– Khi ánh sáng truyền qua sợi quang pha tạp, quá trình phát xạ kích thích xảy ra, dẫn đến sự khuếch đại ánh sáng ban đầu.

– Cấu trúc của sợi quang sẽ giữ cho tia sáng di chuyển theo đường zich-zăc trong sợi quang, giúp gia tăng tối đa khả năng khuếch đại của sợi quang.

3/ Dẫn truyền và hội tụ tia laser (hệ thống quang học):

– Tia laser sau khi được khuếch đại sẽ được dẫn truyền qua sợi quang đến đầu cắt.

– Tại đầu cắt, hệ thống thấu kính hội tụ tia laser thành một điểm cực nhỏ trên bề mặt vật liệu.

– Điểm hội tụ này có mật độ năng lượng cực kỳ cao, đủ để làm nóng chảy, bốc hơi hoặc đốt cháy vật liệu.

4/ Cắt vật liệu (tương tác với vật liệu):

– Tia laser tập trung tác động lên bề mặt vật liệu, tạo ra nhiệt độ cực cao tại điểm đó.

– Nhiệt độ này làm cho vật liệu nóng chảy, bốc hơi hoặc đốt cháy một cách nhanh chóng.

– Đầu cắt di chuyển theo quỹ đạo được lập trình bằng hệ thống điều khiển số (CNC) tạo ra đường cắt mong muốn.

– Khí hỗ trợ được thổi vào khu vực cắt nhằm thổi bay các vật liệu nóng chảy và làm mát các thành phần đầu cắt.

Các thành phần và quá trình chính:

– Sợi quang pha tạp: đóng vai trò là môi trường khuếch đại, chuyển đổi ánh sáng diode bơm thành tia laser.

– Diode bơm: cung cấp năng lượng cho quá trình khuếch đại.

– Hệ thống quang học: hội tụ tia laser tạo ra mật độ năng lượng cao để cắt vật liệu.

– Hệ thống điều khiển CNC: điều khiển chuyển động của đầu cắt theo chương trình được lập trình.

– Khí hỗ trợ: loại bỏ vật liệu nóng chảy, làm mát và bảo vệ các bộ phận quang học.

Nhờ cấu trúc này, laser Fiber có độ hiệu quả cao và độ chính xác rất cao nên được ứng dụng rất nhiều trong việc gia công kim loại tấm.

>>> Xem thêm: Tại Sao Nên Chọn Máy Cắt Fiber Laser?

Cấu tạo máy cắt laser sợi quang

Máy cắt laser sợi quang là một hệ thống phức tạp, kết hợp giữa cơ khí chính xác, quang học và điện tử. Dưới đây là mô tả chi tiết hơn về cấu tạo máy cắt laser sợi quang:

Nguồn Laser Sợi Quang

Nguồn laser fiber là trung tâm tạo ra chùm tia laser. Để làm điều này một cách hiệu quả, nhà sản xuất đã sử dụng:

1/ Diode Bơm (Pump Diodes):

– Các diode bán dẫn này phát ra ánh sáng có bước sóng cụ thể (thường là 980nm hoặc 1064nm), không phải là tia laser cắt trực tiếp, mà là năng lượng kích thích.

– Ánh sáng này được dẫn vào lõi của sợi quang qua các bộ ghép nối quang học.

2/ Sợi Quang Pha Tạp (Doped Fiber):

– Lõi của sợi quang này được pha tạp các ion của nguyên tố đất hiếm, phổ biến nhất là Ytterbium (Yb).

– Khi ánh sáng từ diode bơm đi qua, các ion Yb hấp thụ năng lượng và phát ra ánh sáng đồng bộ với bước sóng mong muốn, thường là 1070nm.

3/ Buồng Cộng Hưởng (Resonator): Đây là một cấu trúc quang học bao gồm các gương phản xạ để khuếch đại ánh sáng.

– Ánh sáng phát ra từ ion Yb được phản xạ qua lại giữa các gương, tăng cường độ mạnh mẽ.

– Một phần ánh sáng được thoát ra ngoài qua một gương bán phản xạ, tạo thành tia laser đầu ra.

4/ Sợi Quang Dẫn (Delivery Fiber):

– Tia laser đầu ra được truyền qua sợi quang dẫn đến đầu cắt.

– Sợi quang dẫn giúp duy trì chất lượng chùm tia và cho phép di chuyển đầu cắt linh hoạt.

Hệ Thống Dẫn Truyền Tia Laser

Hệ thống này đảm bảo tia laser được truyền từ nguồn đến đầu cắt một cách hiệu quả và chính xác.

Sợi Quang Dẫn (Delivery Fiber): Sợi quang dẫn chất lượng cao giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng và duy trì chất lượng chùm tia.

– Các khớp nối quang học kết nối các đoạn sợi quang và cho phép tháo lắp dễ dàng.

Đầu Cắt Laser (Cutting Head)

Đầu cắt Laser là nơi tia laser tương tác trực tiếp với vật liệu.

1/ Hệ Thấu Kính Hội Tụ (Focusing Lenses):

– Hệ thống thấu kính này tập trung chùm tia laser thành một điểm rất nhỏ trên bề mặt vật liệu.

– Điểm hội tụ này có mật độ năng lượng cực cao, đủ để làm nóng chảy hoặc bốc hơi vật liệu.

2/ Vòi Phun Khí Hỗ Trợ (Assist Gas Nozzle):

– Khí hỗ trợ (oxy, nitơ, argon) được phun qua vòi phun cùng trục với tia laser.

– Khí hỗ trợ có các chức năng sau:

– Thổi bay vật liệu nóng chảy ra khỏi đường cắt.

– Làm mát khu vực cắt, giảm thiểu biến dạng nhiệt.

– Bảo vệ thấu kính khỏi bụi bẩn và hơi kim loại.

3/ Hệ Thống Theo Dõi Khoảng Cách (Capacitive Height Control):

– Hệ thống này sử dụng cảm biến điện dung để duy trì khoảng cách không đổi giữa đầu cắt và bề mặt vật liệu.

– Điều này đảm bảo chất lượng cắt ổn định, đặc biệt khi cắt vật liệu không phẳng.

>>> Xem thêm: Thông số máy cắt laser fiber theo từng vật liệu

Hệ Thống Điều Khiển CNC

1/ Phần Mềm CAD/CAM:

– Phần mềm thiết kế (CAD) được sử dụng để tạo ra bản vẽ kỹ thuật của chi tiết cần cắt.

– Phần mềm sản xuất (CAM) chuyển đổi bản vẽ CAD thành chương trình điều khiển cho máy CNC.

2/ Bộ Điều Khiển CNC:

– Bộ điều khiển này diễn giải chương trình CNC và gửi tín hiệu đến các động cơ servo.

– Nó cũng điều khiển các thông số cắt như công suất laser, tốc độ cắt, và lưu lượng khí hỗ trợ.

3/ Động Cơ Servo:

– Các động cơ servo điều khiển chuyển động của đầu cắt trên các trục X, Y, Z với độ chính xác cao.

– Hệ thống phản hồi vòng kín đảm bảo chuyển động chính xác theo chương trình CNC.

Khung Máy và Bàn Làm Việc

1/ Khung Máy:

– Khung máy phải có độ cứng vững cao để đảm bảo độ chính xác và ổn định của máy trong quá trình cắt.

– Thép tấm dày hoặc gang đúc thường được sử dụng để chế tạo khung máy.

2/ Bàn Làm Việc:

– Bàn làm việc là nơi đặt vật liệu cần cắt.

– Nó có thể được thiết kế để di chuyển vật liệu (bàn trượt) hoặc giữ vật liệu cố định (bàn tĩnh).

– Có thể có các hệ thống gá kẹp để giữ vật liệu cố định trong quá trình cắt.

Hệ Thống Làm Mát

Hệ thống làm mát là cần thiết để duy trì nhiệt độ ổn định cho các thành phần quan trọng của máy, đặc biệt là nguồn laser và đầu cắt.

– Hệ thống này thường sử dụng chất lỏng làm mát (nước hoặc dầu) để tuần hoàn qua các bộ phận cần làm mát.

– Hệ thống làm mát giúp kéo dài tuổi thọ của các linh kiện và đảm bảo độ ổn định của máy.

Các hệ thống phụ trợ quan trọng

Ngoài các thành phần chính như: nguồn laser, đầu cắt, hệ thống CNC,… cấu tạo máy cắt laser sợi quang còn có các hệ thống phụ trợ quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định, hiệu quả và an toàn.

1. Hệ thống hút khói và lọc bụi:

Trong quá trình cắt kim loại sẽ sinh ra lượng lớn khói, bụi mịn có thể gây hại cho sức khỏe người vận hành và ảnh hưởng đến hoạt động của máy.

– Hệ thống hút khói bao gồm quạt hút công suất lớn, ống dẫn, hút khói và bụi ra khỏi khu vực cắt.

– Hệ thống lọc bụi sử dụng các bộ lọc chuyên dụng để loại bỏ các hạt bụi mịn, đảm bảo không khí trong lành.

2. Hệ thống làm mát:

– Nguồn laser và đầu cắt tỏa ra lượng nhiệt lớn trong quá trình hoạt động.

– Hệ thống làm mát sử dụng chất lỏng (nước hoặc dung dịch làm mát chuyên dụng) để tuần hoàn và làm mát các bộ phận này.

– Hệ thống làm mát giúp duy trì nhiệt độ ổn định, kéo dài tuổi thọ linh kiện và đảm bảo độ chính xác cắt.

3. Hệ thống cung cấp khí nén:

– Khí nén được sử dụng cho vòi phun khí hỗ trợ tại đầu cắt.

– Máy nén khí cung cấp khí nén với áp suất và lưu lượng phù hợp.

– Hệ thống ống dẫn và van điều khiển đảm bảo khí nén được cung cấp ổn định.

– Các loại khí nén được dùng như: O2, N2, và Argon.

4. Tủ điện điều khiển:

– Tủ điện là nơi chứa các linh kiện điện tử điều khiển máy bao gồm: bộ điều khiển CNC, bộ nguồn, rơ-le và các linh kiện bảo vệ.

– Tủ điện cần được thiết kế kín đáo và có hệ thống làm mát để đảm bảo hoạt động ổn định.

5. Hệ thống an toàn:

Hệ thống an toàn bao gồm:

– Vỏ bọc kín khu vực cắt để ngăn tia laser phát tán ra ngoài.

– Cảm biến an toàn để dừng máy khi có người xâm nhập khu vực nguy hiểm.

– Nút dừng khẩn cấp để dừng máy ngay lập tức trong trường hợp khẩn cấp.

– Kính bảo hộ cho người vận hành để bảo vệ mắt khỏi tia laser.

6. Hệ thống chống va chạm đầu cắt:

Trong quá trình vận hành đôi khi sẽ có các trường hợp xảy ra va chạm đầu cắt, vào các vật liệu.

– Hệ thống cảm biến và các chương trình an toàn, sẽ nhận diện và dừng ngay lập tức hoạt động của đầu cắt, tránh gây ra hư hỏng.

Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý máy cắt laser sợi quang giúp người vận hành tối ưu hóa hiệu suất làm việc của máy, đồng thời đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

Máy cắt laser sợi quang là một hệ thống phức tạp, được thiết kế để tạo ra các chi tiết gia công kim loại với độ chính xác và hiệu quả cao. Sự kết hợp giữa nguồn laser sợi quang mạnh mẽ, hệ thống dẫn truyền tia laser chính xác, đầu cắt laser tinh xảo, hệ thống điều khiển CNC thông minh và các hệ thống phụ trợ đồng bộ, đã tạo nên một công cụ không thể thiếu trong các ngành công nghiệp chế tạo hiện đại.

VNTECH - Đơn vị cung cấp máy móc gia công cơ khí chính hãng, uy tín, đa dạng về chủng loại, đáp ứng mọi nhu cầu sản xuất. Để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá tốt nhất, quý khách vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.