Hãy tưởng tượng bạn đang cẩn thận thiết kế một bản vẽ chi tiết, chỉ để thấy sản phẩm vật lý cuối cùng có những sai lệch nhỏ so với mong đợi của bạn. Thủ phạm vô hình đằng sau những khác biệt như vậy thường là kerf — chiều rộng không thể tránh khỏi của vật liệu bị loại bỏ trong quá trình cắt laser. Việc làm chủ thông số này là điều cần thiết để đạt được độ chính xác trong các ứng dụng cắt laser.
Kerf, còn được gọi là chiều rộng chùm tia laser hoặc chiều rộng cắt, đề cập đến chiều rộng của vật liệu bị loại bỏ khi chùm tia laser cắt xuyên qua vật liệu. Phép đo này không phải là hằng số mà thay đổi dựa trên nhiều yếu tố. Không giống như cắt cơ học, nơi các công cụ tách vật liệu một cách vật lý, cắt laser sử dụng các chùm tia năng lượng cao để làm nóng vật liệu đến điểm nóng chảy hoặc hóa hơi, với các loại khí hỗ trợ (oxy, nitơ hoặc khí nén) thổi bay vật liệu nóng chảy hoặc hóa hơi, để lại kerf.
Chiều rộng kerf tác động trực tiếp đến độ chính xác cắt, độ vừa vặn của bộ phận và hiệu quả sử dụng vật liệu. Việc hiểu các yếu tố ảnh hưởng này cho phép điều chỉnh quy trình tốt hơn và tối ưu hóa thông số.
Các vật liệu khác nhau thể hiện các tốc độ hấp thụ laser, độ dẫn nhiệt, điểm nóng chảy và nhiệt độ hóa hơi khác nhau. Nói chung, vật liệu dày hơn đòi hỏi nhiều năng lượng laser hơn, dẫn đến kerf rộng hơn. Ví dụ, acrylic cho thấy sự thay đổi kerf đáng chú ý trên các độ dày khác nhau, trong khi các vật liệu đặc hơn như kim loại thường tạo ra kerf rộng hơn.
Công suất cao hơn hoặc tốc độ chậm hơn thường làm tăng chiều rộng kerf, mặc dù các cài đặt quá mức có thể gây ra tình trạng đốt cháy quá mức vật liệu, làm nóng chảy cạnh hoặc biến dạng. Phải xác định các kết hợp công suất-tốc độ tối ưu cho từng vật liệu và độ dày.
Tiêu cự xác định kích thước điểm — tiêu cự ngắn hơn tạo ra các điểm nhỏ hơn với mật độ năng lượng cao hơn để cắt chính xác, trong khi tiêu cự dài hơn cung cấp độ sâu trường lớn hơn. Chế độ chùm tia (ví dụ: TEM00) ảnh hưởng đến chất lượng phân bố năng lượng, với các chế độ không hoàn hảo có khả năng gây ra chiều rộng kerf không đều.
Khí hỗ trợ loại bỏ vật liệu nóng chảy và làm mát các cạnh cắt. Oxy làm tăng tốc độ cắt kim loại nhưng làm rộng kerf, trong khi nitơ tạo ra các cạnh sạch hơn với tốc độ cắt chậm hơn. Áp suất khí không đúng cách sẽ để lại vật liệu còn sót lại hoặc làm gián đoạn chùm tia laser.
Các loại laser khác nhau (CO₂, sợi quang, YAG) với các bước sóng, mức công suất và chất lượng chùm tia khác nhau phù hợp với các vật liệu khác nhau. Cài đặt tần số xung và chu kỳ làm việc cũng ảnh hưởng đến chiều rộng kerf.
Ngay cả trong cùng một lô vật liệu, các biến thể về độ dày, mật độ và thành phần có thể gây ra sự không nhất quán của kerf, đòi hỏi phải bù đắp cho công việc chính xác.
Các đường cong có thể tạo ra các kerf khác nhau so với các đường cắt thẳng và hiệu suất của máy có thể khác nhau trên các trục. Tối ưu hóa đường dẫn và bù hướng có thể cải thiện tính nhất quán.
Đo kerf chính xác cho phép điều chỉnh quy trình thích hợp. Các phương pháp phổ biến bao gồm:
Các phương pháp thực tế để quản lý các hiệu ứng kerf bao gồm:
| Vật liệu | Độ dày (mm) | Kerf trung bình (mm) |
|---|---|---|
| Acrylic | 1-3 | 0.18 |
| Acrylic | 5-8 | 0.21 |
| Acrylic | 10-15 | 0.30 |
| Acrylic | 20 | 0.32 |
| HIPS, PETG, Styrene | 1-3 | 0.45 |
| Ván ép bạch dương | 0.8 | 0.08 |
| Ván ép bạch dương | 1.5 | 0.16 |
| Ván ép bạch dương | 3 | 0.20 |
| Ván ép bạch dương | 6 | 0.22 |
| Ván ép bạch dương | 12 | 0.30 |
Khi thiết kế để cắt laser:
Việc làm chủ sự hiểu biết và kiểm soát kerf cho phép độ chính xác cao hơn trong các ứng dụng cắt laser, đảm bảo chất lượng bộ phận tốt hơn và hiệu quả vật liệu trong các ngành công nghiệp khác nhau.
