Sự khác biệt giữa cắt laser, cắt bằng tia nước, cắt plasma và cắt dây

1. Định nghĩa cắt laser, cắt bằng tia nước, cắt plasma và cắt dây

Cắt bằng tia laser

Cắt laser là làm cho vật liệu bị tan chảy, bốc hơi, hoặc đạt đến điểm nóng chảy bằng cách chiếu chùm laser có mật độ công suất cao và tập trung, đồng thời loại bỏ phần vật liệu nóng chảy bằng luồng khí áp lực cao. Laser CO2 và laser fiber (sợi quang) thường được sử dụng rất phổ biến. Cắt laser là một trong những phương pháp cắt nhiệt.

Máy cắt laser

Cắt bằng tia nước

Cắt tia nước là phương pháp sử dụng dòng nước áp lực cao để thực hiện mục đích cắt. Dưới sự kiểm soát của máy tính, nó có thể cắt phôi theo ý muốn, và vật liệu ít bị ảnh hưởng bởi phương pháp cắt này. Cắt tia nước được chia thành hai loại đó là có sử dụng hạt mài và không sử dụng hạt mài.

Ảnh laser cắt bằng tia nước

(Cắt tia nước là phương pháp sử dụng dòng nước áp lực cao để thực hiện mục đích cắt)

Cắt bằng tia plasma

Là phương pháp cắt dựa trên khí nén - đóng vai trò là khí làm việc, nhiệt độ cao và tốc độ gia nhiệt cực nhanh của hồ quang plasma, kim loại nóng sẽ bị tan chảy, đồng thời khí nén thổi đi các kim loại nóng chảy này, và tạo thành đường cắt, cắt đứt kim loại.

Cắt dây

(Dây di chuyển qua lại ở tốc độ cao với độ chính xác cắt kém)

Công nghệ Cắt dây tia lửa điện (WEDM) có thể được chia thành cắt dây nhanh, cắt dây trung bình và cắt dây chậm. Tốc độ di chuyển dây của WEDM nhanh là 6 ~ 12 m/s. Dây di chuyển qua lại ở tốc độ cao với độ chính xác cắt kém. Cắt dây WEDM trung bình, là một kỹ thuật mới trong những năm gần đây, thực hiện bằng việc lặp lại nhiều tính năng cắt dựa trên cắt dây WEDM nhanh. Đối với cắt dây chậm, tốc độ di chuyển của dây WEDM khoảng 0.2 m/s. Dây điện cực di chuyển ở tốc độ thấp và theo một chiều, cho độ chính xác cắt rất cao.

Trong phần sau, chúng tôi sẽ so sánh chi tiết các phương pháp cắt đã được đề cập ở trên.

2. So sánh cắt laser, cắt bằng tia nước, cắt plasma và cắt dây

So sánh ứng dụng

Máy cắt laser có nhiều ứng dụng, từ kim loại đến phi kim đều có thể cắt được. Ví dụ các vật liệu phi kim loại như vải và da được cắt bằng máy cắt laser CO2. Còn kim loại thì thường được cắt bằng máy cắt laser fiber, độ chính xác cao, biến dạng vật liệu rất ít.

Trong khi đó cắt tia nước là dạng cắt lạnh, không bị biến dạng nhiệt, chất lượng bề mặt cắt tốt và không cần làm nguội. Nó cũng dễ dàng gia công lại nếu cần thiết. Cắt nước có thể đục lỗ và cắt bất kỳ vật liệu nào với tốc độ cắt nhanh và xử lý kích thước linh hoạt.

Máy cắt plasma có thể được sử dụng để cắt thép không gỉ, nhôm, đồng, gang, thép cacbon và các vật liệu kim loại khác. Cắt plasma có hiệu ứng nhiệt rõ ràng, độ chính xác thấp, bề mặt cắt không dễ để xử lý lại được.

Cắt dây chỉ có thể được sử dụng để cắt vật liệu dẫn điện. Quá trình cắt cần phải có dung môi làm mát. Do đó, các vật liệu như giấy, da không dẫn điện, phải giữ sạch khỏi nước và chất làm đều không dùng được phương pháp này.

So sánh độ dày cắt

Ứng dụng cắt thép cacbon bằng laser trong công nghiệp thường dưới 20mm. Khả năng cắt tối đa thường dưới 40mm. Đối với thép không gỉ nói chung là dưới 16mm và tối đa là 25mm. Tốc độ cắt giảm rất rõ khi chiều dày cắt tăng lên.

Cắt bằng tia nước có thể cắt vật liệu từ 0,8-100mm, và một số vật liệu dày hơn.

Độ dày cắt bằng máy plasma nằm trong khoảng 0-120mm. Máy cắt plasma có thể cắt kim loại ở độ dày 20mm với chi phí tối ưu nhất.

Độ dày cắt dây thường là 40 ~ 60 mm, dày nhất có thể đạt 600 mm.

So sánh tốc độ cắt

Nếu cắt tấm thép mỏng 2mm dày với công suất laser 1200W và tốc độ cắt lên đến 6000mm/phút. Nếu cắt tấm nhựa PP với độ dày 5mm thì tốc độ cắt có thể đạt 12000mm /phút.

Hiệu quả của cắt dây EDM thường là 20 ~ 60 mm/phút, với tối đa 300 mm/phút. Rõ ràng, cắt laser nhanh hơn và có thể được sử dụng trong sản xuất hàng loạt.

Tốc độ cắt tia nước khá chậm và không thích hợp cho sản xuất hàng loạt.

Tốc độ cắt của cắt plasma cũng tương đối chậm và độ chính xác không cao, phù hợp hơn để cắt các tấm dày nhưng đường cắt thì thường bị vát.

Trong gia công cơ khí, cắt dây có độ chính xác cao hơn cả, nhưng tốc độ chậm. Một vài trường hợp phải sử dụng những phương pháp khác để khoét lỗ trước khi luồn dây để cắt, kích thước cắt thì bị hạn chế.

So sánh độ chính xác cắt

Mạch cắt laser hẹp, hai cạnh của khe song song và vuông góc với bề mặt. Độ chính xác của phần cắt có thể đạt đến ± 0.2mm.

Độ chính xác của cắt plasma có thể đạt <1mm.

Cắt nước sẽ không tạo ra biến dạng nhiệt, với độ chính xác ± 0.1mm. Nếu sử dụng đầu cắt động (dynamic waterjet), độ chính xác cắt có thể lên đến 0.02mm. Bên cạnh đó, độ vát của mạch cắt cũng sẽ bị loại bỏ.

Độ chính xác của cắt dây thường là ± 0,01 ~ ± 0,02 mm, đến ± 0,004 mm.

So sánh mạch cắt

Cắt laser chính xác hơn cắt plasma, với khe hở nhỏ khoảng 0,5mm.

Các khe cắt cắt plasma lớn hơn cắt laser, khoảng 1-2mm.

Các khe cắt nước thường lớn hơn 10% đường kính của béc cắt, nói chung là 0.8mm-1.2mm. Khi đường kính béc cắt bằng hạt mài rộng ra, mạch cắt sẽ lớn hơn.

Chiều rộng của khe cắt dây là nhỏ nhất, thường khoảng 0,1-0,2mm.

So sánh chất lượng bề mặt cắt

Độ chính xác và độ nhám của cắt laser không tốt bằng cắt tia nước. Vật liệu càng dày, sự khác nhau này càng rõ rệt.

Cắt nước không làm thay đổi kết cấu của vật liệu xung quanh mạch cắt. Trong khi đó Laser là một phương cắt nhiệt, làm thay đổi kết cấu vật liệu xung quanh mạch cắt.

So sánh chi phí đầu vào sản xuất

Máy cắt laser cho các mục đích khác nhau sẽ có mức giá khác nhau. Chẳng hạn như máy cắt laser CO2 40W, sẽ chỉ có giá khoảng 4000USD. Máy cắt Laser Fiber 1000W chi phí cao hơn nữa, sẽ có giá trên 50.000 USD. Cắt laser không có ít vật tư tiêu hao, nhưng chi phí đầu tư thiết bị là cao nhất trong số tất cả các phương pháp cắt. Chi phí bảo trì cũng khá cao.

Máy cắt plasma rẻ hơn nhiều so với máy cắt laser. Tùy theo công suất, thương hiệu, v.v.. mà giá cả khác nhau. Chi phí khi sử dụng cũng tương đối rẻ, về cơ bản miễn là vật liệu dẫn điện, nó đều có thể cắt được.

Chi phí của thiết bị cắt bằng tia nước chỉ đứng sau cắt laser, với mức tiêu thụ năng lượng và chi phí bảo trì cao. Tốc độ cắt không nhanh như plasma. Bởi vì, tất cả các vật tư hao mòn chỉ có thể dùng một lần, một khi đã sử dụng là sẽ thải ra môi trường. Do đó, ô nhiễm môi trường là vấn đề tương đối nghiêm trọng đối với cắt tia nước.

Chi phí cho máy cắt dây thường là khoảng vài nghìn USD. Tuy nhiên, cắt dây có vật tư tiêu hao, chẳng hạn như dây molypden, dung môi làm mát, v.v. Có hai dây thường được sử dụng: một là dây molypden (rất đắt) được sử dụng cho các máy có bộ kéo dây nhanh. Ưu điểm là dây molypden có thể được tái sử dụng nhiều lần; một loại dây khác là dây đồng được sử dụng cho bộ kéo dây chậm. Điểm bất lợi là dây đồng chỉ có thể được sử dụng một lần. Bên cạnh đó, máy WEDM nhanh gấp 5-6 lần so với máy WEDM chậm.

Chính vì những ưu điểm như máy cắt plasma rẻ hơn nhiều so với máy cắt laser và các loại máy cắt kể trên, tốc độ cắt nhanh, chi phí rẻ hơn…nên được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí hiện nay. Đó cũng là lí do vì sao máy cắt plasma cnc Việt Hàn ngày càng được ưa chuộng.