Tích hợp công nghệ laser và plasma

Cho đến gần đây, các chủ cửa hàng muốn gia công nhiều loại vật liệu và độ dày khác nhau từ khổ mỏng đến tấm cực nặng chỉ có một lựa chọn khi nói đến cắt nhiệt. Họ có thể mua một hệ thống cắt laser cho tấm mỏng và mua một hệ thống cắt hồ quang plasma để xử lý tấm nặng.

Tuy nhiên, tình hình đã thay đổi đáng kể. Laser trạng thái rắn đã bước vào lĩnh vực cắt kim loại tấm và khi nói đến cách chúng được tích hợp với bàn cắt, ở một số khía cạnh, chúng giống với các đối tác plasma của chúng. Laser trạng thái rắn, bao gồm cả laser sợi quang, truyền chùm tia tới phôi thông qua sợi quang; cắt hồ quang plasma sử dụng giao hàng kiểu chì. Cả công nghệ cắt nhiệt đều không dựa vào gương hoặc sự liên kết quang học khác giữa nguồn điện và đầu cắt.

Điều này làm cho việc tích hợp dễ dàng hơn trong bất kỳ cài đặt tự động nào. Nó cũng làm cho việc sản xuất các hệ thống cắt kết hợp trở nên dễ dàng hơn. Ngày nay, cả công nghệ plasma và laser sợi quang đều có thể được lắp đặt trên một bàn cắt, dẫn đến một hệ thống cắt chính giúp cắt các chi tiết tinh xảo trên tấm mỏng và cắt hiệu quả trên tấm dày.

Plasma chính xác

Cắt bằng công nghệ plasma mang đến sự kết hợp tối ưu giữa chất lượng cắt, năng suất và chi phí vận hành thấp đối với thép nhẹ, thép không gỉ và nhôm trên nhiều độ dày khác nhau. Tất nhiên, một số lần lặp lại cắt hồ quang plasma, chẳng hạn như PAC dưới nước, có thể không bổ sung cho laser; quá trình cắt laser và nước không trộn lẫn với nhau.

Nhưng các bước lặp plasma khác cho thấy tiềm năng đáng kể đối với việc cắt kết hợp, bao gồm các hệ thống plasma chính xác nhất định. Một quy trình độ nét cao cụ thể sử dụng thiết kế xoáy với vòi phun hai mảnh có lỗ thông hơi được thiết kế để ổn định hồ quang chính xác ở tâm của điện cực.

Nhiều tiến bộ khác nhau trong công nghệ hồ quang plasma đã cải thiện chất lượng cạnh cho các dạng hình học khó. Chẳng hạn, một phương pháp cắt lỗ thực hiện các điều chỉnh quy trình theo thời gian thực để tạo ra cạnh lỗ nhẵn mà không có độ côn, đặc biệt phổ biến ở các phần tấm dày. Cụ thể, công nghệ xuyên vào tâm lỗ, áp dụng đầu vào hình bán nguyệt, sau đó chuyển sang tốc độ tối ưu khi cắt chu vi lỗ; khi đóng vòng tròn lỗ, nó bắt đầu giảm dần dòng điện để giảm thiểu tiếng ding hoặc divot tại điểm mà plasma hoàn thành việc cắt lỗ. Khí cắt được kiểm soát chặt chẽ và điều chỉnh để phù hợp với hoạt động cắt mong muốn tại các vị trí cắt cụ thể.

Công nghệ tạo lỗ như vậy không hoạt động đối với mọi vật liệu và hình dạng lỗ. Nó được thiết kế để cắt lỗ trên thép nhẹ có tỷ lệ độ dày trên đường kính từ 1 đến 1 đến 2 trên 1. Nếu một cửa hàng cần cắt hình học ngoài khả năng của plasma, thì tia laser có thể phù hợp với hóa đơn.

Laser chính xác

Bên cạnh những dạng hình học phức tạp, laser thể rắn còn vượt trội trong việc cắt tấm mỏng cực kỳ nhanh, nhờ vào mật độ năng lượng rất cao của quy trình. Do có bước sóng ngắn—ngắn hơn nhiều lần so với chùm laze CO ₂ —laze có thể cắt xuyên qua các vật liệu phản xạ cao như đồng và đồng thau.

Tất nhiên, laser sợi quang không đến mà không có những thách thức của nó. Bước sóng 1 micron của tia laser có nghĩa là nó có thể được truyền qua giác mạc đến võng mạc, khiến ngưỡng an toàn cao hơn. Do đó, việc thiết lập hệ thống phải đảm bảo an toàn cho người vận hành thông qua vỏ bọc, kính an toàn laser và các phương pháp khác.

Nhưng miễn là các hệ thống được thiết kế có tính đến sự an toàn của laser, thì lợi ích của laser trạng thái rắn sẽ rất nhiều. Nó không sử dụng khí cộng hưởng, không yêu cầu thanh lọc đường dẫn chùm tia và mang lại hiệu quả cắm tường hơn 30%. Nói cách khác, phần lớn năng lượng mà tia laser tiêu thụ thực sự được dùng để thực hiện vết cắt. Plasma và laser đã phát triển để trở thành công nghệ bổ sung cho nhau.

Khi các nhà chế tạo nhìn thấy một sợi có vẻ đơn giản đi từ nguồn laser đến bàn cắt, họ có thể nghĩ đến chi phí sở hữu thấp. Khi các nhà tích hợp hệ thống nhìn thấy sợi phân phối đó, họ sẽ thấy tiềm năng khác. Việc phân phối sợi không bị mất của laser cho phép linh hoạt tuyệt vời. Không có giới hạn thực tế đối với kích thước giường của laser trạng thái rắn. Một bàn cắt lớn hơn chỉ cần một sợi phân phối dài hơn.

Tầm quan trọng của kiểm soát

Có nhiều thứ để cắt nhiệt được cơ giới hóa hơn là chỉ nguồn điện và đầu cắt. Quá trình cắt, dù là bằng laser hay plasma, không thể tạo ra các vết cắt mịn, chất lượng cao, không có cặn nếu điều khiển chuyển động không đầy đủ.

Điều khiển chuyển động phải có các đặc tính tăng tốc và giảm tốc tuyệt vời; khả năng tạo đường viền mượt mà, không rung; cùng với các thông số kỹ thuật về độ chính xác và độ lặp lại vượt trội so với các thiết bị thông thường. Các thông số như tốc độ; khoảng cách giữa phôi và mỏ cắt plasma hoặc đầu cắt laser; và tất cả áp suất và độ tinh khiết của khí phải được duy trì theo thông số kỹ thuật để tối ưu hóa quá trình cắt.

Một hệ thống cắt cơ giới hóa không có độ lặp lại cao và khả năng tăng giảm tốc nhanh chóng có thể làm giảm những lợi ích vốn có trong quy trình cắt. Hãy xem xét laser sợi quang, có thể cắt các hình dạng phức tạp trên vật liệu mỏng nhanh hơn so với hầu hết các phương pháp cắt nhiệt thông thường. Nhưng nếu một chiếc tổ bao gồm một loạt các bộ phận nhỏ với những đường cắt và lỗ nhỏ phức tạp thì sao? Trong những trường hợp này, tốc độ di chuyển của đầu giữa các lần cắt cũng quan trọng như tốc độ đạt được trong các lần cắt.

CNC là một yếu tố quan trọng khác. Bản chất bổ sung của việc phân phối plasma và laser sợi quang—tức là, phân phối theo kiểu dẫn tương tự, quản lý và phương pháp phân phối khí, thiết kế bàn và tính linh hoạt trong triển khai—có nghĩa là một bàn và trong nhiều trường hợp một giàn có thể đáp ứng hiệu quả cả hai quy trình cắt nhiệt . Nhưng những lợi ích của việc tích hợp như vậy không thể được thực hiện đầy đủ nếu không có máy CNC tiên tiến.

Các máy CNC như vậy có thể kiểm soát các tham số của cắt laser và plasma bằng cách làm việc từ cơ sở dữ liệu chứa tất cả các tham số cho cả hai quy trình, bao gồm cả kiểm soát chiều cao. Những lợi thế trở nên rõ ràng một cách nhanh chóng. Nếu ứng dụng yêu cầu tấm mỏng hoặc đường cắt tinh xảo có thể không phù hợp với plasma, người vận hành có thể chọn quy trình laser. Trong trường hợp cần năng suất cao hơn ở tấm dày hơn—các ứng dụng thường không phù hợp nhất với laser—người vận hành có thể sử dụng quy trình plasma. Nói tóm lại, sự kết hợp này cho phép các nhà chế tạo sử dụng quy trình cắt nhiệt phù hợp cho ứng dụng.

Cắt mỏng thành dày

Bất kỳ quá trình cắt nhiệt nào của tấm hoặc tấm đều phụ thuộc vào việc cung cấp năng lượng. Đối với plasma, các bộ phận của hệ thống được cấu hình để co lại và tập trung dòng xoáy của khí bị ion hóa vào vật liệu dẫn điện để vật liệu có thể được cắt với độ chính xác và độ chính xác cao. Các thành phần được sử dụng để tạo ra hồ quang plasma là điện áp (năng lượng) và khí bị ion hóa. Sau khi khí bị ion hóa, một mạch điện sẽ tiếp tục hoạt động miễn là có điện áp, dòng khí bị ion hóa và vật liệu để cắt. Trọng tâm của PAC nằm ở tính dẫn điện, giúp plasma cắt xuyên qua tấm tương đối dày.

Laser cắt không phải bằng điện mà bằng ánh sáng, nghĩa là khả năng phản xạ và hấp thụ của vật liệu đóng một vai trò. Vì năng lượng ánh sáng tạo ra vết cắt, nên hình dạng của chùm tia giúp xác định lượng vật liệu mà tia laser có thể xuyên qua. Trong quá trình cắt, độ sâu tiêu điểm của chùm tia có dạng đồng hồ cát, giao nhau tại tiêu điểm laser. Đúng là laser sợi quang cung cấp mật độ năng lượng rất cao, cho phép nó cắt cực nhanh trên kim loại mỏng, nhanh hơn nhiều so với bất kỳ quy trình hồ quang plasma nào. Nhưng khi các tấm trở nên dày hơn, quy trình plasma bắt đầu cho thấy lợi ích của nó.

Cung cấp sự đa dạng và năng lực

Kết hợp cả hai trên một máy có thể giúp cửa hàng mở rộng sang các thị trường mới mà không phải đầu tư vào một máy hoàn toàn mới dành riêng cho một quy trình. Giả sử một cửa hàng việc làm chuyên sản xuất tấm mỏng, nhưng người chủ nhận thấy nhu cầu cắt tấm dày từ khách hàng địa phương đang tăng lên. Nếu một cửa hàng mua một hệ thống plasma độc lập, nhu cầu tràn có thể không đủ để lấp đầy công suất của máy. Ngay cả khi cửa hàng có thể lấp đầy công suất của bàn plasma, việc mua hàng có thể không để lại đủ tiền để mở rộng năng lực cốt lõi của cửa hàng đó là cắt laser chính xác.

Trong trường hợp này, một hệ thống plasma/laser kết hợp có thể phù hợp với hóa đơn, cho phép cửa hàng vừa mở rộng công suất cắt laser hiện có (đặc biệt là xem xét năng suất của laser sợi quang trên tấm mỏng) vừa đa dạng hóa lĩnh vực cắt tấm dày. Tất nhiên, đây chỉ là một kịch bản có thể xảy ra. Các OEM, nhà cung cấp hàng đầu và các nhà chế tạo kim loại khác có thể hưởng lợi từ các tính năng linh hoạt và tiết kiệm không gian của máy kết hợp.

Như mọi khi, lựa chọn máy phụ thuộc vào ứng dụng. Bất chấp điều đó, các nhà chế tạo ở tất cả các cấp hiện có một tùy chọn cắt khác để xem xét. Các hệ thống plasma có thể xử lý nhiều độ dày vật liệu, nhưng trên kim loại mỏng, chúng không thể vượt qua tốc độ cắt của laser sợi quang. Đối với ứng dụng phù hợp, một hệ thống kết hợp có thể cho phép các nhà chế tạo tận dụng lợi thế tốt nhất của cả hai quy trình cắt.