Cắt laser là một phương pháp cắt nhiệt sử dụng chùm tia laser có mật độ năng lượng cao được hội tụ để chiếu xạ vào phôi. Điều này khiến vật liệu được chiếu xạ nhanh chóng tan chảy, bay hơi, bị bào mòn hoặc đạt đến điểm bắt lửa. Đồng thời, luồng khí tốc độ cao đồng trục với chùm tia laser thổi bay vật liệu nóng chảy, do đó cắt xuyên qua phôi.
Phân loại và đặc điểm của cắt laser
Cắt bằng laser có thể được chia thành bốn loại: cắt bằng laser hóa hơi, cắt bằng laser nóng chảy, cắt bằng laser oxy và khắc laser kết hợp với phá vỡ có kiểm soát.
Cắt bằng phương pháp bốc hơi laser
Phương pháp này sử dụng chùm tia laser có mật độ năng lượng cao để nung nóng phôi, nhanh chóng nâng nhiệt độ lên đến điểm sôi của vật liệu trong thời gian cực ngắn, khiến vật liệu bốc hơi và tạo thành hơi. Hơi được đẩy ra với vận tốc cao, tạo ra vết cắt trên vật liệu khi thoát ra. Vì hầu hết các vật liệu đều có nhiệt hóa hơi cao, nên cắt bằng laser hóa hơi đòi hỏi công suất và mật độ công suất đáng kể.
Trong phương pháp cắt bằng laser nóng chảy, tia laser làm nóng chảy vật liệu kim loại. Sau đó, một loại khí không oxy hóa (như Ar, He, N, v.v.) được thổi qua một vòi phun đồng trục với chùm tia laser. Áp suất cao của khí đẩy kim loại nóng chảy ra ngoài, tạo thành vết cắt. Không giống như phương pháp cắt bằng bay hơi, phương pháp này không yêu cầu sự bay hơi hoàn toàn của vật liệu và chỉ tiêu thụ 1/10 năng lượng cần thiết cho phương pháp cắt bằng bay hơi. Nó chủ yếu được sử dụng để cắt các kim loại không bị oxy hóa hoặc phản ứng, bao gồm thép không gỉ, titan, nhôm và hợp kim của chúng.
Cắt bằng tia laser oxy
Nguyên lý cắt bằng laser oxy tương tự như cắt bằng oxy-axetylen. Tia laser đóng vai trò là nguồn nhiệt làm nóng sơ bộ, trong khi các khí hoạt tính (như oxy) đóng vai trò là khí cắt. Một mặt, khí thổi vào phản ứng với kim loại cần cắt, kích hoạt phản ứng oxy hóa giải phóng một lượng lớn nhiệt oxy hóa. Mặt khác, nó thổi bay các oxit và chất nóng chảy ra khỏi vùng phản ứng, tạo thành vết cắt trên kim loại. Phản ứng oxy hóa trong quá trình cắt tạo ra lượng nhiệt đáng kể, do đó cắt bằng laser oxy chỉ cần một nửa năng lượng so với cắt nóng chảy, trong khi tốc độ cắt nhanh hơn nhiều so với cắt bằng phương pháp hóa hơi và cắt nóng chảy. Phương pháp này chủ yếu được áp dụng cho các vật liệu kim loại dễ bị oxy hóa như thép cacbon, thép titan và thép đã qua xử lý nhiệt.
Khắc bằng laser và gãy xương có kiểm soát
Khắc laser sử dụng tia laser có mật độ năng lượng cao để quét bề mặt các vật liệu giòn, tạo ra một rãnh nhỏ bằng cách bay hơi. Sau đó, tác dụng một lực ép nhất định sẽ khiến vật liệu giòn bị gãy dọc theo rãnh. Laser xung ngắn (Q-switched laser) và laser CO₂ thường được sử dụng cho việc khắc laser. Sự gãy vỡ có kiểm soát tận dụng sự phân bố nhiệt độ dốc được tạo ra trong quá trình khắc laser để tạo ra ứng suất nhiệt cục bộ trong các vật liệu giòn, khiến chúng bị gãy dọc theo rãnh đã khắc.
Ứng dụng của cắt laser
Hầu hết các máy cắt laser được vận hành thông qua chương trình điều khiển số (NC) hoặc được cấu hình như robot cắt. Là một phương pháp gia công chính xác, cắt laser có thể cắt hầu hết mọi vật liệu, bao gồm cả cắt 2D hoặc 3D các tấm kim loại mỏng. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, công nghệ cắt laser chủ yếu được sử dụng để cắt các vật liệu hàng không vũ trụ đặc biệt như hợp kim titan, hợp kim nhôm, hợp kim niken, hợp kim crom, thép không gỉ, oxit berili, vật liệu composite, nhựa, gốm sứ và thạch anh. Các bộ phận hàng không vũ trụ được gia công bằng cắt laser bao gồm ống dẫn lửa động cơ, vỏ hợp kim titan thành mỏng, khung máy bay, lớp vỏ hợp kim titan, thanh giằng cánh, tấm cánh đuôi, cánh quạt chính của máy bay trực thăng và gạch cách nhiệt gốm của tàu con thoi vũ trụ.
Thời gian đăng bài: 08/12/2025
