Phân tích Hiệu suất của Cắt và Khắc bằng Tia Laser
Các công nghệ cắt và khắc bằng tia laser được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, sáng tạo nghệ thuật và điện tử nhờ vào khả năng xử lý chính xác cao, hiệu quả và không tiếp xúc. Tài liệu này cung cấp phân tích chi tiết về các nguyên lý, chỉ số hiệu suất, các yếu tố ảnh hưởng, ứng dụng và xu hướng tương lai của công nghệ cắt và khắc bằng laser.
Nguyên lý Cơ bản
1. Cắt laser
Cắt laser sử dụng chùm tia laser có mật độ năng lượng cao để làm nóng chảy, bay hơi hoặc đốt cháy vật liệu, trong khi khí trợ giúp (ví dụ: oxy, nitơ) thổi bay các mảnh vụn nóng chảy, cho phép tách vật liệu một cách chính xác.
2. Khắc bằng Laser
Khắc laser bao gồm việc loại bỏ từng phần hoặc tạo ra phản ứng hóa học trên bề mặt vật liệu để tạo ra các dấu hoặc hoa văn vĩnh viễn. Khác với cắt, khắc thường không xuyên sâu vào vật liệu mà chỉ chỉnh sửa kết cấu hoặc màu sắc bề mặt.
Các chỉ số hiệu suất
1. Độ chính xác
Độ chính xác định vị: Thông thường ±0,01 mm, các hệ thống cao cấp có thể đạt ±0,005 mm.
Lặp lại: Thông thường trong khoảng ±0,02 mm đối với xử lý theo mẻ đồng nhất.
Chiều rộng đường tối thiểu: Phụ thuộc vào kích thước điểm laser (10–100 µm); laser siêu nhanh cho phép khắc ở cấp độ micrôn.
2. Tốc độ xử lý
Tốc độ cắt: Phụ thuộc vào độ dày vật liệu và công suất laser (ví dụ, laser CO₂ cắt thép không gỉ 1 mm với tốc độ 20 m/phút).
Tốc độ khắc: Khắc vector có thể đạt 1000 mm/giây, trong khi khắc raster chậm hơn do phương pháp quét.
3. Tương thích Vật liệu
| Vật liệu | Kiểu Laser | Hiệu suất |
| Kim loại (thép không gỉ, nhôm, đồng) | Laser sợi, Laser CO₂ công suất cao | Cắt độ chính xác cao, khắc có hỗ trợ oxy hóa |
| Vật liệu phi kim loại (Gỗ, Acrylic, Da) | Tia laser CO₂ (10.6 µm) | Cắt mịn, khắc chi tiết |
| Vật liệu tổ hợp (PCB, Sợi carbon) | Tia laser UV (355 nm) | Vùng ảnh hưởng nhiệt tối thiểu (HAZ), khả năng khắc độ phân giải cao |
4. Chất lượng bề mặt
Độ nhám mép cắt: Thông thường Ra < 10 µm (đối với laser sợi, đạt Ra < 5 µm cho kim loại).
Điều chỉnh độ sâu khắc: Có thể điều chỉnh thông qua công suất và số lần đi tia (độ chính xác ±0.01 mm).
Các yếu tố ảnh hưởng chính
1. Thông Số Tia Laser
Bước sóng: UV (355 nm) cho khắc tinh tế; CO₂ (10,6 µm) cho vật liệu phi kim loại.
Công suất: Công suất cao tăng tốc độ nhưng có thể gây biến dạng nhiệt.
Tần Số Xung (Laser Xung): Ảnh hưởng đến hiệu suất và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
2. Hệ Thống Quang Học
Thấu Kính Tập Trung: Tiêu cự xác định kích thước điểm và độ sâu trường ảnh (tiêu cự ngắn tăng độ chính xác).
Chất Lượng Tia (M²): Tia gần giới hạn nhiễu xạ (M² ≈ 1) cho đường cắt mịn hơn.
3. tối ưu hóa quy trình
Khí Phụ Trợ: Oxy tăng tốc độ cắt (nhưng làm oxy hóa mép); nitơ đảm bảo đường cắt sạch.
Chiến Lược Quét: Quét theo ma trận cho khắc diện tích lớn; quét vector cho đường viền.
Ứng dụng
1. Sản xuất công nghiệp
Gia Công Tôn Tấm: Cắt các bộ phận ô tô/hàng không.
Điện tử: Cắt FPC (PCB linh hoạt), khoan vi mô PCB.
2. Sáng tạo & Cá nhân hóa
Tranh nghệ thuật: Khắc gỗ/acrylic, đóng dấu trên da.
3D nổi: Khắc grayscale để tạo hiệu ứng độ sâu.
3. Y tế & Nghiên cứu
Dụng cụ phẫu thuật: Dụng cụ bằng thép không gỉ được cắt chính xác.
Xử lý vi mô: Laser siêu nhanh (femtosecond/picosecond) để chế tạo vi cấu trúc.
Xu hướng trong tương lai
1. Công suất & Hiệu suất cao hơn: Xử lý đa tia để tăng năng suất.
2. Tự động thông minh: Tối ưu hóa thông số điều khiển bằng AI.
3. Laser xanh: Laser sợi tiết kiệm năng lượng.
4. Việc áp dụng tia laser siêu nhanh: Mở rộng sang lĩnh vực y tế và bán dẫn.
Kết luận
Cắt và khắc bằng laser mang lại độ chính xác và tính linh hoạt vượt trội, khiến chúng trở nên không thể thiếu trong sản xuất hiện đại. Những tiến bộ trong nguồn laser, tự động hóa và kiểm soát quy trình sẽ tiếp tục nâng cao khả năng và ứng dụng của chúng.
