Home / Công nghệ CNC / Laser-Plasma / Thị trường và xu hướng lựa chọn các loại máy cắt tấm kim loại hiện nay

Thị trường và xu hướng lựa chọn các loại máy cắt tấm kim loại hiện nay

“Cách tốt nhất để dự đoán tương lai là tạo ra nó”. —Alan Kay

Ngành công nghiệp ô tô Bắc Mỹ tiêu thụ khoảng 16 triệu tấm kim loại (gần 95% thép và 4% nhôm) mỗi năm để chế tạo thân ô tô. Ngược lại, ở Hoa Kỳ là khoảng 4 triệu tấn (Aluminium Association, Inc. 2002). Tất cả các tấm cần phải được gia công định hình trước khi uốn, hoàn thiện dung sai kích thước,sau đó khoan lỗ trước khi lắp ráp. Các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, thiết bị và nhà máy đóng tàu sử dụng hàng triệu tấn kim loại hàng năm, bao gồm các hợp kim titan và niken. Khối lượng tiêu thụ thật đáng kinh ngạc.

Càng ngày, việc cắt kim loại bằng tia tia laser càng phổ biến (xem Hình 2-1) vì một lý do chính là việc cắt Laser mang lại giá trị gia tăng vượt trội khi so sánh với hầu hết các quy trình cắt nhiệt. Giá trị gia tăng có thể được tạo ra từ việc loại bỏ các công cụ đắt tiền và kém linh hoạt. Những ý tưởng thiết kế sản phẩm mới phải rẻ hơn so với các quy trình cắt truyền thống hiện.Cắt ống hydroformed là một ví dụ về ứng dụng có thể được thực hiện bằng laser tốt hơn bất kỳ phương pháp nào khác

Hình 2-1. Ngành công nghiệp điện tử (bao gồm viễn thông) là những ngành dụng quy trình cắt laser lớn nhất và việc sử dụng máy móc tự động đang thịnh hành (Zimmermann 2002).

Cắt laser giúp loại giảm hao phí,thời gian, không và  mang lại chất lượng đường cắt vượt trội. Những lợi thế này đã mang lại ý nghĩa mới cho công nghệ nghệ thuật sản xuất bằng laser.

SO SÁNH CÁC CÔNG NGHỆ CẮT KIM LOẠI

Công nghệ cắt laser là công nghệ mới nhất trong số các quy trình gia công kim loại tấm. Một thế kỷ trước,một cuộc cách mạng công nghiệp đã mang lại Taylorization và sản xuất khối lượng lớn. Áp lực đối với các giải pháp cần thiết để chi phí thấp đối với các công cụ cắt chuyên dụng hoạt động trên thủy lực và cơ khí. Cho đến ngày nay, phương pháp dập và đục lỗ là 2 phương pháp chủ yếu để cắt kim loại, với thiết kế kỹ thuật hoàn hảo của chuyển động của máy ép và khả năng tốc cực cao tạo ra hàng tram lỗ đục mỗi phút.

Trong thế kỷ 21, tổng khối lượng sản phẩm tiếp tục tăng cho tiêu dùng toàn cầu,kèm theo chất lượng cũng tăng theo. Vòng đời của sản phẩm ngắn lại dưới áp lực cạnh tranh. Đáp ứng ban đầu nhấn mạnh việc tăng tốc độ của máy ép. Giải pháp này đã đạt được vì tốc độ nhanh hơn cũng đồng nghĩa với việc giảm thời gian thụ động, đặc biệt đối với các lô hàng nhỏ để đáp ứng các yêu cầu sản xuất đúng lúc (JIT) của khách hàng. Ngoài ra, với yêu cầu cho các công cụ cắt chuyên dụng, ít hoặc không có tính linh hoạt thì phải thiết kế sản phẩm và điều chỉnh kỹ thuật trong mức kiểm soát được chi phí.

Sự tồn tại của bộ điều khiển bằng máy tính (CNC )và  thiết bị điều khiển lập trình  (PLC) cho plasma, tia nước và cắt laser đã phát triển thành thị phần đáng giá ngày nay. Tuy nhiên, cả ba công nghệ cắt này đều có phạm vi ứng dụng, dung sai, ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Một số tác giả đã cố gắng để mô tả những sự khác biệt (Julian 2002; Guha 2000; Mombo Caristan 2000;Woodward 1999; Belforte và Levitt 1992). Bảng 2-1 nêu bật sự khác biệt giữa các công nghệ cắt vật liệu.

XU HƯỚNG THỊ TRƯỜNG

Ngành công nghiệp cắt laser phát triển mạnh từ sự tương tác giữa nhóm người dùng cuối và người chế tạo máy. Một tiêu chuẩn của hoạt động ngành công nghiệp này là có bao nhiêu máy cắt có laser công nghiệp từ 1 kW trở lên đang được sử dụng. Nhóm sản phẩm hệ thống laser (LSPG) của Hiệp hội Công nghệ sản xuất (AMT) đã báo cáo rằng vào năm 2001, gần 900 hệ thống laser trị giá khoảng 501,8 triệu đô la đã được vận chuyển từ các công ty của Hoa Kỳ, trong đó xuất khẩu 145,8 triệu đô la (LSPG 2002). Điều này chứng tỏ sự phát triển của ngành công nghiệp này chỉ sau 20 năm tồn tại. Để tham khảo, toàn bộ ngành công nghiệp máy móc của Hoa Kỳ, bao gồm cả ngành công nghiệp hệ thống laser, đã vận chuyển khoảng 4,5 tỷ đô la tiền máy móc vào năm 2001. Dữ liệu tiếp theo từ LSPG / AMT (Zimmermann 2002) cho thấy sự tăng trưởng hàng quý của ngành công nghiệp hệ thống laser phản ánh mức tiêu thụ công cụ máy móc của Hoa Kỳ (xem Hình 2-2). Ngoài ra, 50%  tất cả các hệ thống laser công nghiệp được vận chuyển đã được trang bị laser loại CO2 (LSPG 2002). Người ta ước tính rằng các hệ thống laser CO2 công suất cao hơn 2 kW chiếm khoảng 60% trong tất cả các lô hàng. Hình 2-3 minh họa rằng, mặc dù việc cắt laser chiếm 59% trong tất cả các ứng dụng hệ thống laser vào năm 1996, nhưng nó đã giảm xuống còn 44% vào năm 2001. Ước tính chỉ riêng đối với các hệ thống laser CO2, việc cắt chiếm hơn 85% tổng số vật liệu- xử lý các ứng dụng.

Cắt tấm bằng laser

 

Laser Tia nước Plasma/khí hỗ trợ

 

Quá trình cắt Hấp thụ mật độ ánh sáng và làm vật liệu nóng chảy và hóa hơi . Áp lực dòng khí hỗ trợ thổi kim loại qua vết cắt Tia nước áp suất cao, có hoặc không có các vật liệu mài mòn Sức nóng của tia ion hóa plasma làm vật liệu vượt quá điểm nóng chảy của nó và thổi kim loại qua vết cắt
Nguồn năng lượng Tia laser Bơm nước cao áp Tia plasma nóng
Bộ phân phối Tia laser được điều khiển bởi gương phản chiếu cho laser CO2; chuyển năng lượng sợi cho  Nd: YAG laser Ống cao áp để truyền năng lượng. Hồ quang điện giữa điện cực và phôi
Xử lý 3D Không vấn đề Khó khăn và không khuyến nghị Khó khan

 

Gia công kim loại Tất cả kim loại Tất cả kim loại Chỉ xử lý được kim loại dẫn điện
Đầu vào quy trình Đặc tính quang học của bề mặt vật liệu có chiều dài bước sóng 10,6 µm hoặc 1,06 µm Độ cứng vật liệu là  yếu tố quan trọng. Tính dân điện
Phạm vi cắt Cắt tấm kim loại phẳng ; thép tấm lên tới 31,8 mm. Khí hỗ trợ áp suất cao có thể cắt mỏng tới 0,76 mm. Cắt đá, gốm sứ lên đến 203,2 mm. Với cữ đo chuẩn khoảng 3,18 mm rất khó xử lý. Thích hợp hơn cho khoảng giữa  3.18 mm
Vật liệu tiêu thụ Thấu kính hội tụ, buồng cộng hưởng trong và ngoài, bét cắt Vòi phun, tất cả các chi tiết áp suất cao, chẳng hạn như van, ống và đệm khít Tất cả các thành phần mỏ cắt (béc cắt, điện cực)
Khí đặc biệt CO2 laser: 0.7 ft3/hr (20 L/hr); YAG laser: không có Nước: 158,5 gal / hr(600 L/hr); Độ mài mòn: 79,4 lb / giờ (36 kg / giờ)
Khí/nước 145 psi(10bar)N2;

424ft3/hr(200L/min);

22psi(1,5bar)O2:55

Ft3/hr(26L/min)

Nước:60L/hr;

Chất mài mòn:36kg/hr

80psi(5,5bar)N2=581

ft3/hr(16,44 L/hr)

80psi(5,5bar)O2=618

ft3/hr(17,50 L/hr)

 

Độ rộng vết cắt tương đối 1:1 3:1 4:1

 

Chất lượng đường cắt Bề mặt cắt sẽ hiển thị một cấu trúc có hình răng cưa Dạng phun cắt Bề mặt cắt sẽ hiển thị một cấu trúc có hình răng cưa;đường cắt xiêng
Xỉ Thép nhẹ: không Thép không gỉ: nhỏ

Nhôm: trung bình

Không có Thép nhẹ: không có

Thép không gỉ: nhỏ

Nhôm: nhỏ

Thay đổi hóa cứng Biến dạng, ram và thay đổi độ cứng đáng kể có thể xảy ra ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt Không có ứng suất nhiệt Biến dạng, ram và thay đổi độ cứng đáng kể có thể xảy ra ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt. Độ rộng của khu vực ảnh hưởng nhiệt.
Bảo hộ mắt Laser CO2: Kính an toàn tiêu chuẩn YAG laser:bộ tiêu âm tuyệt đối

 

Kính an toàn tiêu chuẩn và lớp bảo vệ chống tiếp xúc với tia nước áp lực cao. Kính an toàn tiêu chuẩn
Chống ô nhiễm tiếng ồn Độ ồn dB thấp Yêu cầu bảo vệ tai trên 85 dB. Độ ồn dB thấp
Bảo trì Ít Liên tục Ít

 

Chất thải Cắt chất thải chủ yếu ở dạng bụi đòi hỏi phải hút và lọc chân không. Một lượng lớn chất thải do trộn nước với chất mài mòn. Cắt chất thải chủ yếu ở dạng bụi đòi hỏi phải lọc.