Sự phát triển của công nghệ Laser Fiber

• Cắt laser fiber là một trong những công nghệ “đột phá” được giới thiệu vào thị trường gia công kim loại kể từ khi laser CO2 lần đầu tiên được giới thiệu những năm 1980. Công nghê laser fiber được coi là một sự đột phá và mang tính cách mạng bởi vì nó ảnh hưởng đến việc gia công thép tấm. Và các cơ hội dễ được nhận ra. Hơn thế nữa trong khoảng một thời gian ngắn, chúng ta thấy đã nhận ra những ưu điểm của laser fiber được dùng để gia công thép tấm. Chỉ trong năm năm, laser fiber đã đạt được ngưỡng 4kW mà laser CO2 phải tốn gần 4 lần thời gian để đạt được. Sau mười năm laser fiber đã đạt được mức 15kW để cắt. Công bằng mà nói, Laser sợi quang – một số vượt quá 20kW – đã được các ngành công nghiệp khác sử dụng trong nhiều năm trong các ứng dụng khác ngoài cắt kim loại tấm.

Những ưu điểm của công nghệ Laser Fiber

• Ưu điểm chính của việc cắt kim loại tấm phẳng bằng công nghệ laser Fiber bắt nguồn từ cấu hình thiết kế trạng thái rắn nhỏ gọn, Fiber-to-Fiber, nguyên khối, không cần bảo trì và cung cấp chi phí vận hành thấp hơn so với mức có thể đạt được với các loại laser CO2 tương đương. Các đặc điểm của chùm tia laser fiber cũng mang lại tốc độ cắt nhanh hơn nhiều so với CO2 như chúng ta sẽ khám phá bên dưới.
• Chùm hội tụ của ngay cả laser Fiber 2kW thể hiện mật độ năng lượng lớn hơn 5 lần tại tiêu điểm khi so sánh với laser CO2 4kW. Nó cũng sở hữu đặc tính hấp thụ lớn hơn 2,5 lần do bước sóng ngắn hơn của Laser sợi quang. (xem Hình 1 và Hình 2).
• Sự hấp thụ cao hơn của bước sóng Sợi quang và mật độ năng lượng cao hơn được tạo ra bởi chùm tia hội tụ kết hợp với nhau để đạt được tốc độ cắt tăng gấp năm lần trong các vật liệu dày dưới 1/2 inch.
• Các hệ thống cắt bằng laser fiber chắc chắn có thể cắt dày hơn 1 inch với công suất laser fiber cao hơn và thậm chí cắt nhanh hơn khi sử dụng nitơ làm khí hỗ trợ, nhưng “điểm tối ưu” nơi nhận ra những lợi ích đáng kể nhất là ở 1/2 inch và dưới phạm vi cho thép khi so sánh với các hệ thống CO2. Chắc chắn, nếu bạn đang gia công các vật liệu không gỉ, nhôm, đồng thau hoặc đồng, công nghệ laser fiber là nhanh nhất và tiết kiệm nhất bất kể độ dày.

Hình 1: mật độ tập trung năng lương giữa công nghệ laser CO2 và Fiber

Hình 2: so sánh sự hấp thụ giữa laser CO2 và Fiber dựa trên chiều dài bước sóng và độ dày vật liệu

• Lợi ích về tốc độ là sâu sắc nhất khi nitơ được sử dụng làm khí hỗ trợ vì vật liệu nóng chảy bị nitơ đẩy ra khỏi rãnh cắt cũng nhanh như tốc độ tan chảy của nó. Mật độ năng lượng chùm tia laser càng cao, vật liệu được đưa đến trạng thái nóng chảy càng nhanh, tốc độ nạp càng nhanh.

Các bộ phận kim loại tấm dày 1/8 inch và ít được cắt bằng máy Laser Fiber.

• Sử dụng hiệu quả các lợi ích về tốc độ từ laser Fiber công suất cao cần có kế hoạch và quản lý cẩn thận tất cả các quy trình. Với công suất lớn gấp ba đến bốn lần và chi phí vận hành bằng một nửa so với laser CO2, lợi ích tài chính có thể thay đổi cuộc chơi. Kết quả là chi phí cho mỗi bộ phận thấp hơn, tỷ suất lợi nhuận tiềm năng cao hơn và thời gian hoàn vốn đầu tư ngắn hơn. Đừng quên lợi ích bổ sung của việc tăng công suất máy khi giờ đây bạn đang xử lý khối lượng chi tiết bình thường nhanh hơn nhiều, tạo cơ hội đảm nhận thêm công việc để tăng thêm doanh thu bán hàng và lợi nhuận của bạn.
• Laser fiber có thể cắt đồng, đồng thau và nhôm tốt hơn và an toàn hơn nhiều so với khí CO2 vì chùm tia được hấp thụ dễ dàng hơn và không bị phản xạ. Chi phí vận hành laser fiber thường bằng một nửa so với hệ thống CO2 có thể cung cấp do mức tiêu thụ điện thấp hơn và hiệu suất điện cao của laser sợi quang.
• Một trong những tiến bộ mới nhất trong cắt laser Fiber là việc bổ sung công nghệ ‘Beam Shaping’ giúp thay đổi cấu hình chùm tia để cắt tấm dày bằng Oxy. Bởi vì laser fiber được truyền qua sợi quang học, cấu hình chùm tia vốn đã nhỏ và tạo ra một kênh hẹp khi nó hội tụ qua vật liệu. Mặc dù điều này có lợi cho mật độ công suất khi cắt bằng khí nitơ làm khí hỗ trợ, nhưng điều này không đúng với trường hợp cắt bằng oxy hỗ trợ. Khi cắt bằng oxy, cấu hình chùm tia rộng hơn với mật độ công suất thấp hơn được ưu tiên hơn vì nó tạo ra một kênh rộng hơn trong vật liệu để đẩy thép nóng chảy ra ngoài. Biên dạng chum tia rộng hơn tạo ra tốc độ cắt nhanh hơn và tăng chất lượng lưỡi cắt trên thép dày hơn. Công nghệ ‘’Beam Shaper’’ đạt được cấu hình chùm tia rộng hơn cần thiết để đạt được hiệu suất gia tăng này.

Có nhiều khía cạnh khi vận hành máy cắt laser CO2 không tồn tại khi vận hành máy cắt laser Fiber:

• Máy cắt laser Fiber công suất cao có khả năng cắt nhanh gấp 5 lần so với máy laser CO2 thông thường và tiết kiệm một nửa chi phí vận hành.
• Máy cắt laze sợi quang không cần thời gian khởi động – thường là khoảng 10 phút mỗi lần khởi động đối với máy laze CO2.
• Máy cắt laser Fiber không cần bảo dưỡng đường dẫn tia như làm sạch gương hoặc thấu kính, kiểm tra ống thổi và căn chỉnh chùm tia. Điều này có thể tiêu tốn thêm 4 hoặc 5 giờ mỗi tuần cho tia laser CO2.
• Laser fiber có đường dẫn chùm tia sợi quang được đóng gói hoàn toàn bộ từ nguồn điện và đường dẫn sợi quang đến đầu cắt. Chùm tia không bị nhiễm bẩn đường đi của chùm tia như trường hợp của laser CO2.
• Đường dẫn chùm tia sợi quang duy trì định tâm chùm tia đầu cắt là đồng nhất.

Do tính toàn vẹn của chùm tia sợi quang là đồng nhất không đổi nên các thông số cắt cũng vậy, yêu cầu điều chỉnh ít hơn nhiều so với laser CO2.

Các tấm kim loại dày lớn hơn 1/4 inch được cắt bằng máy cắt laser Fiber.

• Điều gì sẽ xảy ra với tất cả thời gian tiết kiệm được này? Năng suất cao hơn và công suất máy lớn hơn! Với laser Fiber có tốc độ cắt nhanh gấp năm lần, tạo ra số lượng chi tiết gấp ba đến bốn lần trên mỗi đơn vị thời gian và cùng với chi phí vận hành thấp hơn 50% so với CO2, điều này thể hiện một cơ hội lớn dựa trên việc tạo ra nhiều công suất máy hơn.

Kết luận

Câu hỏi về công nghệ nào phù hợp với bạn thực sự phụ thuộc vào hoạt động của bạn. Hệ thống phù hợp với ứng dụng cụ thể của bạn tốt như thế nào? Các bộ phận của bạn sẽ được sản xuất nhanh hơn bao nhiêu và tiết kiệm chi phí hơn bao nhiêu? Với suy nghĩ này, cần phải phân tích cẩn thận các dữ liệu thích hợp, bao gồm phạm vi ứng dụng, chi phí vận hành, thông lượng, chi phí sở hữu và tất nhiên là cả chi phí đầu tư.

(Source: Bystronic https://www.bystronic.com/usa/en-us/news/130204-co2-vs-fiber-laser)