Máy cắt laser CO2 hoạt động bằng cách truyền điện qua một hỗn hợp khí bao gồm carbon dioxide, nitơ và heli để tạo ra những tia hồng ngoại mạnh mẽ mà chúng ta đều biết và yêu thích. Điều làm cho các loại laser này trở nên hiệu quả chính là bước sóng 10,6 micromet của chúng, được hấp thụ rất tốt bởi các vật liệu như nhựa và gỗ. Sự hấp thụ này cho phép cắt chính xác tới dung sai khoảng cộng hoặc trừ 0,1 milimét. Một lợi thế lớn của laser CO2 là khả năng hạn chế hư hại do nhiệt trong quá trình cắt. Chính đặc điểm này khiến nhiều xưởng gia công vẫn tin dùng chúng khi làm việc với các bộ phận composite hàng không nhạy cảm hoặc các tấm thân ô tô chi tiết, nơi mà ngay cả biến dạng nhỏ cũng có thể gây ra vấn đề.
Laser sợi quang được sử dụng rộng rãi trong cắt kim loại nhờ bước sóng 1,08 micromet, nhưng khi làm việc với vật liệu phi kim hoặc vật liệu hỗn hợp, laser CO2 thực sự nổi bật. Bước sóng dài hơn ở mức 10,6 micromet được hấp thụ tốt hơn nhiều bởi các chất hữu cơ, điều này có nghĩa là ít gặp vấn đề phản xạ hơn và cho ra những đường cắt sạch đẹp trên các vật liệu như tấm acrylic, vải và sản phẩm cao su. Đối với các doanh nghiệp xử lý nhiều loại vật liệu cùng lúc, ví dụ như trong sản xuất điện tử nơi các bảng mạch có những lớp phủ kim loại, hoặc các hoạt động đóng gói xử lý thùng carton nhiều lớp, laser CO2 trở thành lựa chọn hàng đầu. Các ngành công nghiệp này rất ưa chuộng khả năng chuyển đổi linh hoạt từ vật liệu này sang vật liệu khác mà không cần phải dừng lại và hiệu chuẩn lại toàn bộ hệ thống mỗi khi thay đổi vật liệu.
Theo một khảo sát gần đây được thực hiện vào năm 2023 trên khoảng 1.200 công ty sản xuất, khoảng 78 phần trăm hiện đang sử dụng laser CO2 để cắt các loại vật liệu phi kim loại như gioăng và sản phẩm xốp cách nhiệt. Tại sao vậy? Bởi vì các hệ thống laser này thực tế giúp giảm lượng chất thải vật liệu khoảng 15% so với các phương pháp cắt cơ học cũ. Ngoài ra, chúng duy trì được các cạnh sắc bén cần thiết trong quá trình lắp ráp, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí về lâu dài. Với sự phát triển của các phương pháp sản xuất lai trong các ngành công nghiệp ngày nay, công nghệ laser CO2 đang góp phần lấp đầy khoảng trống giữa những gì chúng ta từng làm trong các xưởng truyền thống và định hướng hướng tới các dây chuyền nhà máy thông minh tự động hoàn toàn.
Các máy cắt CO2 hoạt động rất hiệu quả trên mọi loại vật liệu không phải kim loại. Người ta thường dùng chúng để cắt các loại nhựa như acrylic và PET, các loại gỗ khác nhau bao gồm gỗ cứng, gỗ dán và tấm MDF, cũng như các loại vải tự nhiên như cotton và sản phẩm da. Cách mà những vật liệu này hấp thụ năng lượng laser CO2 tạo ra các đường cắt sạch đẹp với mép được bịt kín. Điều này giúp vải dệt không bị sờn sau khi cắt và giảm hiện tượng cháy xém khi xử lý các vật liệu gỗ. Vì không có sự tiếp xúc cơ học trong quá trình vận hành nên dụng cụ không bị mài mòn theo thời gian. Đó là lý do vì sao nhiều xưởng ưa chuộng phương pháp này để gia công chi tiết trên các sản phẩm như gioăng cao su hoặc các tấm composite sợi thủy tinh cứng dùng trong các công trình xây dựng.
Các laser CO2 hoạt động hiệu quả vì chúng hoạt động ở bước sóng khoảng 10,6 micron trong dải hồng ngoại, đúng vào vị trí mà các phân tử hữu cơ thường hấp thụ năng lượng một cách hiệu quả nhất. Khi những bước sóng này chiếu vào các vật liệu chủ yếu gồm liên kết oxy, hydro và carbon như ta thấy trong gỗ, nhựa và vải, sẽ xảy ra hiệu ứng tương tác mạnh. Laser sợi quang gặp khó khăn ở điểm này vì bước sóng 1 micron của chúng chỉ phản xạ trên các bề mặt không dẫn điện thay vì bị hấp thụ. Trong khi đó, với laser CO2, năng lượng đi trực tiếp vào bản thân vật liệu, gây ra hiện tượng bốc hơi mà không lan tỏa nhiều nhiệt. Đối với các vật liệu dễ bị hư hại bởi nhiệt, điều này tạo nên sự khác biệt lớn. Và nói về tốc độ, các laser này có thể cắt qua độ dày tương tự nhanh gấp ba lần so với các phương pháp cơ học truyền thống, đồng thời vẫn tạo ra các cạnh sắc nét, chi tiết như mong muốn.
Các máy cắt khí carbon dioxide hoạt động khá tốt trên các vật liệu phi kim loại nhưng gặp vấn đề khi xử lý các kim loại dẫn điện có bề mặt sáng. Lấy ví dụ đồng và nhôm, những vật liệu này phản xạ lại khoảng 90 phần trăm năng lượng tia laser CO2. Điều đó có nghĩa là người vận hành cần mật độ công suất cao hơn từ bốn đến năm lần so với hệ thống laser sợi để thực hiện các đường cắt tương tự. Kết quả? Thời gian xử lý chậm hơn và chi phí tăng lên vào cuối ngày, bởi vì các hệ thống laser sợi thực tế được thiết kế nhằm mục đích cắt kim loại. Một vấn đề khác là laser CO2 thường để lại các mép bị oxy hóa trên các kim loại nền sắt. Điều này tạo ra công việc bổ sung vì các nhà sản xuất sau đó phải thực hiện thêm các thao tác hoàn thiện, làm giảm lợi ích về năng suất trên toàn bộ dây chuyền sản xuất.
Các máy cắt laser CO2 đã trở nên gần như thiết yếu trong các xưởng sản xuất ô tô ngày nay, đặc biệt là khi chế tạo những bộ phận nội thất phức tạp như bảng điều khiển, gioăng cao su, và cả những loại vải đặc biệt dùng trong túi khí. Những thiết bị này có thể cắt qua mọi loại nhựa và vật liệu composite với độ chính xác tuyệt vời, cho ra các mép cắt sạch, không bị sờn – điều hoàn toàn quan trọng khi nói đến túi khí cần phải bung ra đúng cách mỗi lần sử dụng. Một lợi ích lớn khác là hiệu quả về mặt nhiệt học của chúng. Điều này có nghĩa là ít xảy ra hiện tượng cong vênh trong quá trình cắt, nhờ đó các nhà sản xuất tiết kiệm được khoảng 15% lượng vật liệu bị lãng phí so với việc sử dụng khuôn cơ khí truyền thống. Cũng vì lý do này mà ngày càng nhiều nhà máy chuyển sang công nghệ này.
Các laser CO2 đã trở thành giải pháp được lựa chọn để xử lý những vật liệu khó trong các ứng dụng hàng không vũ trụ. Chúng ta đang nói đến các polymer gia cố sợi carbon (CFRP) và vật liệu composite sợi thủy tinh, chiếm phần lớn cấu tạo của máy bay hiện đại, từ các tấm nội thất cho đến các bộ phận kết cấu. Điều làm nên sự đặc biệt của những laser này là bước sóng 10,6 micromet, có khả năng cắt xuyên qua nền nhựa mà không làm hư hại các lớp sợi. Điều này giúp duy trì tỷ lệ cân bằng giữa độ bền và trọng lượng – yếu tố cực kỳ quan trọng khi chế tạo các máy bay cần nhẹ nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo đủ độ bền. Nhờ tính năng này, các nhà sản xuất có thể tạo ra các chi tiết như vách ngăn khoang cabin hay các phần thân che động cơ, nơi yêu cầu độ chính xác về kích thước rất cao. Ngành công nghiệp chỉ chấp nhận độ sai lệch nhỏ hơn 0,1 milimét trong những khu vực then chốt này.
Một công ty sản xuất ô tô lớn đã giảm được khoảng 20-25% thời gian sản xuất sau khi chuyển sang sử dụng hệ thống laser CO2 để chế tạo các bộ phận bảng điều khiển bằng nhựa polycarbonate. Điều làm nên tính hữu ích của những tia laser này là khả năng tích hợp các điểm gắn cảm biến và lỗ thông khí ngay trong quá trình cắt, nghĩa là không cần thêm bước gia công nào sau khi cắt ban đầu. Đối với các nhà sản xuất vận hành dây chuyền lắp ráp quy mô lớn nơi mỗi phút đều quan trọng, hiệu quả như vậy rất có ý nghĩa. Hơn nữa, chúng vẫn đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn chất lượng theo chứng nhận ISO 9001, do đó không hề ảnh hưởng đến độ đồng nhất sản phẩm dù thời gian sản xuất được rút ngắn.
Các laser CO2 đã trở thành thiết yếu khi sản xuất những tấm acrylic chất lượng cao cần thiết cho các hộp đèn LED và tủ trưng bày màn hình OLED. Vì chúng hoạt động mà không tiếp xúc với vật liệu, các laser này tránh được việc tạo ra những vết xước nhỏ có thể làm giảm độ trong suốt. Hầu hết các nhà sản xuất báo cáo tỷ lệ truyền ánh sáng khoảng 98% trong các màn hình bán lẻ chiếu sáng của họ nhờ phương pháp này. Những thương hiệu lớn trong ngành công nghiệp đang dựa vào các hệ thống laser này để tạo ra các hoạ tiết dẫn sáng phức tạp và thiết kế không viền, điều gần như bắt buộc đối với các màn hình OLED trong suốt mới nhất hiện nay. Đáng chú ý, nhiều hệ thống laser tương tự cũng xử lý được các vật liệu polycarbonate chống cháy, điều này giải thích tại sao chúng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như buồng lái máy bay và bảng điều khiển ô tô, nơi độ rõ nét của màn hình quan trọng không kém các tiêu chuẩn an toàn.
Các máy cắt laser CO2 đã trở thành công cụ không thể thiếu trong các ngành dệt may, đóng gói và thời trang nhờ khả năng mang lại độ chính xác cao đồng thời giảm thiểu lãng phí vật liệu.
Với bước sóng khoảng 10,6 micromet, tia laser này có thể cắt qua các vật liệu như vải denim, da thật và các hỗn hợp sợi tổng hợp khó xử lý mà không để lại mép vải bị tưa. Điều làm nên hiệu quả vượt trội của các hệ thống này là khả năng vừa làm nóng chảy vừa hàn kín các sợi vải cùng lúc, nghĩa là không cần thêm công đoạn xử lý sau khi cắt đối với các sản phẩm làm từ vải – dù là quần áo, bọc nội thất hay thiết bị chuyên dụng. Một hãng xe hơi lớn đã giảm được gần 40% lượng phế liệu da khi chuyển sang dùng laser CO2 để cắt tỉa ghế ngồi. Điều này hoàn toàn hợp lý, vì các phương pháp truyền thống đơn giản không thể đạt được mức độ chính xác và hiệu quả như vậy.
Các tia laser CO2 hoạt động rất hiệu quả với các vật liệu có thể phân hủy sinh học như bìa carton thông thường và giấy cứng, điều này khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các giải pháp đóng gói xanh. Các phương pháp cắt die truyền thống không thể so sánh được với những gì công nghệ laser mang lại về khả năng điều chỉnh nhanh chóng cho các hộp phiên bản đặc biệt hoặc thiết kế tùy chỉnh. Các báo cáo ngành cũng đang chỉ ra những con số thú vị về xu hướng này. Khoảng hai phần ba các thương hiệu tập trung vào tính thân thiện với môi trường đã bắt đầu tích hợp cắt laser vào hoạt động của họ cho các sản phẩm như biển trưng bày có thể tái chế hoặc các loại hộp sẽ phân hủy trong điều kiện ủ phân compost.
Các nhà thiết kế hiện nay có thể biến những sáng tạo kỹ thuật số của họ thành các sản phẩm thực tế nhanh hơn nhiều nhờ vào laser CO2, dù họ đang làm việc trên các họa tiết ren tinh xảo cho thời trang cao cấp hay tạo ra các biển hiệu 3D nổi bật thu hút ánh nhìn cho cửa hàng. Các doanh nghiệp thời trang nhỏ đã nhận thấy rằng việc sử dụng dịch vụ cắt laser theo yêu cầu này giúp giảm đáng kể chi phí mẫu thử nghiệm, có thể thấp hơn khoảng 55% so với chi phí sản xuất truyền thống. Điều làm nên giá trị lớn của các hệ thống laser này chính là khả năng hỗ trợ đồng thời các phương pháp thân thiện với môi trường và phản ứng nhanh chóng, điều này rất quan trọng trong các thị trường hiện đại luôn vận động nhanh, nơi xu hướng thay đổi liên tục và nhu cầu khách hàng đa dạng mạnh mẽ giữa các lĩnh vực khác nhau.
Các máy cắt CO2 tạo ra những đường cắt cực kỳ sạch, không có ba via, thường trong phạm vi dung sai 0,1 mm, điều này có nghĩa là không cần thực hiện các công đoạn hoàn thiện tốn kém trong các lĩnh vực như sản xuất điện tử hoặc chế tạo thiết bị y tế. Vì những máy này không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu trong quá trình cắt, chúng giúp giảm lượng phế liệu khoảng 15% so với các phương pháp cơ học truyền thống. Mức hiệu quả này phù hợp chính xác với những gì nhiều nhà sản xuất đang gọi là các phương pháp sản xuất tuần hoàn. Các mẫu mới nhất cũng hoạt động tốt với công nghệ Industry 4.0. Việc theo dõi thời gian thực thông qua các cảm biến IoT nhỏ cùng với hệ thống cấp liệu tự động đã nâng thời gian hoạt động lên khoảng 94% tại các nhà máy đã thiết lập đúng cách. Một số xưởng báo cáo kết quả còn tốt hơn sau khi tinh chỉnh thiết lập.
FDA gần đây đã cấp phép cho việc sử dụng laser CO2 theo những cách mới, đặc biệt là hàn các polymer trong bao bì y tế cần duy trì độ kín khí hoàn toàn. Những tia laser này cũng đang được áp dụng để tạo ra khăn trải phẫu thuật với các lỗ nhỏ được sắp xếp hợp lý nhằm kiểm soát luồng không khí trong quá trình phẫu thuật. Khi cắt các vật liệu silicone đạt tiêu chuẩn thực phẩm hoặc nhựa PLA phân hủy sinh học, các nhà sản xuất hiện nay có thể đáp ứng mọi yêu cầu an toàn cần thiết nhờ vào các bước sóng laser cụ thể giúp ngăn ngừa tổn thương ở cấp độ phân tử. Một số thử nghiệm ban đầu từ năm ngoái còn cho thấy một kết quả khá ấn tượng – việc hàn túi truyền dịch bằng laser này nhanh hơn khoảng 30 phần trăm so với phương pháp siêu âm truyền thống.
Các nhà sản xuất trên toàn cầu đang bắt đầu thử nghiệm việc kết hợp các laser CO2 200 watt với những robot hợp tác mà chúng ta gọi là cobot, tất cả nhằm mục đích vận hành dây chuyền sản xuất mà không cần bật đèn trong ca làm đêm để sản xuất các bộ phận theo yêu cầu. Bản thân các đầu cắt gần đây đã trở nên khá thông minh nhờ công nghệ thị giác AI, cho phép chúng tự động điều chỉnh các thông số như độ dài tiêu cự và áp suất khí khi chuyển từ gia công tấm acrylic sang các vật liệu cứng hơn như composite sợi carbon. Điều này có nghĩa là công nghệ laser CO2 hiện nay không còn chỉ đơn thuần là một công cụ nữa, mà đã trở thành yếu tố nền tảng đối với các doanh nghiệp đang xây dựng mô hình sản xuất linh hoạt, nơi sản phẩm được sản xuất đúng lúc cần và theo đúng yêu cầu của khách hàng.
Cắt laser CO2 rất lý tưởng cho các vật liệu phi kim loại như nhựa, gỗ, acrylic, vải và các vật liệu hữu cơ khác do bước sóng 10,6 micromet của nó dễ dàng bị hấp thụ bởi những chất này.
Trong khi laser sợi thường được dùng để cắt kim loại, thì laser CO2 vượt trội hơn trong xử lý vật liệu phi kim và vật liệu hỗn hợp nhờ bước sóng dài hơn, giúp tạo ra các đường cắt sạch hơn và ít gặp vấn đề phản xạ.
Các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ, điện tử, dệt may, đóng gói và thời trang được hưởng lợi đáng kể từ công nghệ cắt laser CO2 nhờ độ chính xác cao, tính linh hoạt và khả năng giảm lãng phí vật liệu.
Laser CO2 kém hiệu quả hơn đối với các kim loại phản quang cao như đồng và nhôm, vì những vật liệu này phản xạ phần lớn năng lượng laser, do đó đòi hỏi mật độ công suất cao hơn so với laser sợi.
Các xu hướng mới nổi bao gồm tích hợp với sản xuất thông minh, dây chuyền lắp ráp tự động, sản xuất thiết bị y tế và xử lý vật liệu an toàn cho thực phẩm theo hướng dẫn của FDA.
Shandong ZhongGuangDian cung cấp máy đánh dấu bằng laser tiên tiến và thiết bị laser tùy chỉnh cho các ngành công nghiệp khác nhau. Sản phẩm đáng tin cậy, giao hàng nhanh chóng và bảo hành trọn đời của chúng tôi đảm bảo sự hài lòng của khách hàng.
EN
