Cắt Laser Titan | Các Phương Pháp Cắt Laser Và Kỹ Thuật Chi Tiết

1. Giới thiệu về cắt laser titan

Titan là kim loại có độ bền cao, nhẹ và chống ăn mòn tốt. Do đó, nó được ứng dụng rộng rãi trong y tế, hàng không, công nghiệp ô tô và quốc phòng. Tuy nhiên, việc gia công titan không hề đơn giản. Cắt laser titan hay cắt laser titanium là phương pháp tối ưu, mang lại độ chính xác cao và ít ảnh hưởng nhiệt.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích chi tiết về kỹ thuật cắt laser titanium, các loại máy sử dụng, phương pháp phổ biến, các lỗi thường gặp và cách khắc phục.

2. Các loại máy cắt laser titan

Hiện nay, có ba loại máy cắt laser chính được sử dụng để cắt titan:

Máy cắt laser CO₂

• Hoạt động bằng tia laser CO₂ kết hợp khí hỗ trợ.
• Phù hợp với kim loại thông thường nhưng không tối ưu cho titan.
• Nhược điểm: Vết cắt có thể bị oxy hóa, gây giảm chất lượng.

Máy cắt laser sợi quang (Fiber Laser)

• Sử dụng sợi quang để truyền tia laser công suất cao.
• Được đánh giá là tối ưu nhất cho titan.
• Vết cắt sắc nét, tốc độ nhanh và giảm thiểu vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).

Máy cắt laser Nd:YAG

• Độ chính xác tốt hơn CO₂ nhưng không bằng fiber laser.
• Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu cắt chi tiết nhỏ.

=> Kết luận: Máy cắt laser fiber là lựa chọn tốt nhất cho titan do tốc độ cao và chất lượng cắt tối ưu.

3. Các phương pháp cắt laser titan

Các phương pháp cắt laser titan phổ biến

Có nhiều phương pháp cắt laser titan khác nhau, tùy vào độ dày vật liệu và yêu cầu gia công.

Cắt laser liên tục (Continuous Wave Laser Cutting)

• Tia laser liên tục tác động lên bề mặt titan.
• Phù hợp với cắt tấm titan dày.
• Dễ gây biến dạng nhiệt nếu không điều chỉnh đúng thông số.

Cắt laser xung ngắn (Pulsed Laser Cutting)

• Dùng xung laser ngắn để cắt vật liệu.
• Giảm vùng ảnh hưởng nhiệt.
• Phù hợp với cắt chi tiết nhỏ, yêu cầu độ chính xác cao.

Cắt laser dùng khí hỗ trợ

• Sử dụng khí argon, nitơ hoặc oxy để tăng hiệu suất cắt.
• Argon giúp giảm oxi hóa bề mặt titan.
• Oxy làm tăng tốc độ cắt nhưng có thể gây cháy titan.

=> Kết luận: Cắt laser xung ngắn kết hợp khí argon là phương pháp tối ưu cho titan.

4. Những lưu ý quan trọng khi cắt laser titan

Cắt titan đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các yếu tố sau:

• Công suất laser: Từ 1000W – 6000W tùy theo độ dày vật liệu.
• Tốc độ cắt: Cần điều chỉnh hợp lý để tránh cháy cạnh hoặc bavia.
• Làm mát: Dùng khí argon để giảm nhiệt và hạn chế biến dạng.
• Bảo hộ lao động: Titan có thể bắt lửa khi nhiệt độ cao, cần có biện pháp an toàn.

5. Các lỗi thường gặp khi cắt laser titan và cách khắc phục

Cách khắc phục lỗi khi khắc laser titan

Vết cắt bị cháy hoặc biến dạng

Nguyên nhân:

• Công suất laser quá cao làm nhiệt độ vượt mức cần thiết.
• Tốc độ cắt quá chậm, khiến titan hấp thụ nhiều nhiệt.
• Sử dụng khí oxy có thể làm bề mặt titan cháy cạnh.

Cách khắc phục:

• Giảm công suất laser và tăng tốc độ cắt phù hợp với độ dày titan.
• Sử dụng khí argon hoặc nitơ để hạn chế cháy cạnh.
• Kiểm tra tiêu cự laser để đảm bảo chùm tia tập trung chính xác.

Xuất hiện bavia (ba vía) nhiều

Nguyên nhân:

• Tốc độ cắt quá nhanh khiến tia laser không đốt cháy hết vật liệu.
• Áp suất khí hỗ trợ quá thấp hoặc không phù hợp.

Cách khắc phục:

• Giảm tốc độ cắt để tia laser có đủ thời gian cắt xuyên qua titan.
• Tăng áp suất khí hỗ trợ (argon hoặc nitơ) để loại bỏ vật liệu nóng chảy nhanh hơn.
• Kiểm tra đường đi của tia laser để đảm bảo không có vật cản.

Vết cắt không sắc nét, bị nhám

Nguyên nhân:

• Chất lượng chùm tia laser không ổn định.
• Độ tập trung tia laser không chính xác.
• Tấm titan bị rung trong quá trình cắt.

Cách khắc phục:

• Kiểm tra hệ thống quang học của máy, làm sạch thấu kính laser.
• Điều chỉnh tiêu cự laser để tối ưu hóa độ sắc nét.
• Cố định titan chắc chắn để tránh rung lắc khi cắt.

Oxi hóa mặt cắt gây đổi màu

Nguyên nhân:

• Sử dụng oxy làm khí hỗ trợ khiến titan bị oxi hóa mạnh.
• Nhiệt độ vùng cắt quá cao gây phản ứng hóa học với không khí.

Cách khắc phục:

• Dùng khí argon hoặc nitơ thay vì oxy để hạn chế phản ứng oxi hóa.
• Giảm công suất laser để hạn chế nhiệt độ vượt ngưỡng cần thiết.
• Sử dụng phương pháp làm mát bằng khí bảo vệ trong quá trình cắt.

Vật liệu bị cong vênh sau khi cắt 

Nguyên nhân:

• Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) quá lớn do cắt quá chậm hoặc công suất quá cao.
• Titan có tính giãn nở nhiệt cao, khi nguội dễ bị co lại không đồng đều.

Cách khắc phục:

• Giảm công suất laser để hạn chế biến dạng nhiệt.
• Dùng phương pháp cắt laser xung ngắn để giảm nhiệt lượng truyền vào titan.
• Cố định titan trên bề mặt phẳng khi cắt để giảm ứng suất nhiệt.

6. Hướng dẫn sử dụng máy cắt laser titan

Hướng dẫn sử dụng máy cắt laser CO₂

Cách sử dụng máy cắt laser CO₂

Máy cắt laser CO₂ sử dụng tia laser từ hỗn hợp khí CO₂ để cắt titan. Tuy nhiên, loại này không phải là lựa chọn tối ưu cho titan vì có thể gây oxy hóa bề mặt.

Bước 1: Chuẩn bị vật liệu

• Làm sạch bề mặt titan để tránh oxi hóa.
• Kẹp chặt tấm titan vào bàn cắt để tránh rung lắc.

Bước 2: Cài đặt máy

• Chọn công suất laser phù hợp (thường từ 2000W – 4000W).
• Chọn tốc độ cắt: Titan dày cần tốc độ thấp hơn.
• Cài đặt khí hỗ trợ: Oxy hoặc Nitơ (Oxy có thể làm cháy cạnh titan, cần cẩn thận).

Bước 3: Vận hành máy

• Kiểm tra tiêu cự tia laser để đảm bảo vết cắt sắc nét.
• Nhấn bắt đầu cắt và theo dõi quá trình.
• Điều chỉnh tốc độ nếu thấy vết cắt không mịn hoặc có bavia.

Bước 4: Kiểm tra và vệ sinh

• Loại bỏ bavia hoặc lớp oxi hóa bằng máy mài.
• Vệ sinh đầu phun laser để chuẩn bị cho lần cắt tiếp theo.

Ví dụ: Cắt titan 5mm bằng máy laser CO₂

Mục tiêu: Cắt tấm titan 5mm thành hình tròn đường kính 50mm.

• Công suất laser: 4000W.
• Tốc độ cắt: 500mm/phút.
• Khí hỗ trợ: Nitơ (Oxy có thể gây cháy titan).
• Tiêu cự laser: 3mm.
• Thời gian cắt một hình tròn 50mm: ~15 giây.

Hướng dẫn sử dụng máy cắt laser Fiber 

Cách sử dụng máy cắt laser Fiber

Máy laser fiber là lựa chọn tốt nhất để cắt titan nhờ tốc độ nhanh, vết cắt mịn và ít ảnh hưởng nhiệt.

Bước 1: Kiểm tra máy

• Kiểm tra hệ thống quang học và làm sạch đầu phun laser.
• Kiểm tra hệ thống làm mát để tránh quá nhiệt.

Bước 2: Chuẩn bị vật liệu

• Cố định tấm titan chắc chắn trên bàn cắt.
• Làm sạch bề mặt titan để tránh ảnh hưởng đến chất lượng cắt.

Bước 3: Cài đặt thông số cắt

• Công suất: 2000W – 6000W tùy vào độ dày titan.
• Tốc độ cắt: Điều chỉnh phù hợp với độ dày.
• Khí hỗ trợ: Argon hoặc Nitơ giúp giảm oxy hóa.

Bước 4: Vận hành máy

• Kiểm tra chùm tia laser trên mẫu thử trước khi cắt chính thức.
• Nhấn bắt đầu cắt và quan sát quá trình.
• Điều chỉnh tốc độ nếu vết cắt không đạt yêu cầu.

Bước 5: Kiểm tra thành phẩm

• Kiểm tra vết cắt, nếu có bavia thì sử dụng máy đánh bóng.
• Vệ sinh máy để đảm bảo chất lượng cắt cho lần tiếp theo.

Ví dụ: Cắt titan 5mm bằng máy laser Fiber

Mục tiêu: Cắt một tấm titan 5mm thành các miếng vuông 100mm x 100mm.

• Công suất laser: 3000W.
• Tốc độ cắt: 800mm/phút.
• Khí hỗ trợ: Argon để hạn chế oxi hóa.
• Khoảng tiêu cự laser: 2mm.
• Chiều rộng khe cắt: 0.2mm.
• Thời gian cắt mỗi tấm titan 100mm x 100mm: ~7 giây.

Hướng dẫn sử dụng máy cắt laser Nd:YAG

Cách sử dụng máy cắt laser Nd:YAG

Máy laser Nd:YAG phù hợp cho cắt titan mỏng hoặc chi tiết nhỏ, cần độ chính xác cao.

Bước 1: Kiểm tra máy

• Đảm bảo hệ thống quang học sạch và không có bụi bẩn.
• Kiểm tra bộ làm mát để duy trì nhiệt độ ổn định.

Bước 2: Cố định vật liệu

• Đặt titan vào bàn cắt và cố định chắc chắn.
• Làm sạch bề mặt titan bằng dung dịch chuyên dụng.

Bước 3: Thiết lập máy

• Công suất: 1500W – 3000W (phù hợp với vật liệu mỏng).
• Tốc độ cắt: Tùy chỉnh để tránh cháy cạnh.
• Khí hỗ trợ: Argon để đảm bảo vết cắt không bị oxi hóa.

Bước 4: Tiến hành cắt

• Chạy thử trên mẫu nhỏ để kiểm tra chất lượng cắt.
• Khi đạt yêu cầu, tiến hành cắt chính thức.
• Quan sát quá trình để điều chỉnh nếu cần.

Bước 5: Hoàn thiện sản phẩm

• Kiểm tra vết cắt và loại bỏ phần thừa nếu cần.
• Vệ sinh đầu phun laser để đảm bảo hiệu suất tốt cho lần cắt tiếp theo.

Ví dụ: Cắt titan 5mm bằng máy laser Nd:YAG

Mục tiêu: Cắt một tấm titan 5mm thành một chi tiết máy có rãnh nhỏ.

• Công suất laser: 2500W.
• Tốc độ cắt: 600mm/phút.
• Khí hỗ trợ: Argon để hạn chế oxi hóa.
• Chế độ xung laser: Xung ngắn để giảm nhiệt vùng ảnh hưởng.
• Thời gian cắt một chi tiết rãnh nhỏ: ~25 giây.

7. Cắt titan bằng máy laser mất bao lâu?

Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian cắt laser titan

• Độ dày tấm titan: Cắt titan mỏng (<3mm) sẽ nhanh hơn so với titan dày (>10mm).
• Loại máy cắt laser:
  • Laser Fiber: Cắt nhanh nhất, hiệu suất cao.
  • Laser CO₂: Chậm hơn do hiệu suất thấp hơn với titan.
  • Laser Nd:YAG: Tốc độ trung bình, phù hợp với cắt chi tiết nhỏ.
• Công suất laser: Công suất càng cao, tốc độ cắt càng nhanh.
• Khí hỗ trợ: Sử dụng argon hoặc nitơ giúp giảm thời gian cắt và giữ bề mặt sạch.
• Thiết lập thông số: Nếu điều chỉnh đúng tốc độ cắt, độ hội tụ của tia laser, thời gian sẽ được tối ưu hơn.

Thời gian cắt trung bình cho các độ dày titan

8. Cắt laser titan giá bao nhiêu

Bảng giá tham khảo

Các yếu tố ảnh hưởng đến giá

• Độ dày vật liệu: Titan càng dày, thời gian cắt càng lâu, dẫn đến chi phí cao hơn.
• Loại máy cắt laser: Máy laser fiber có thể rẻ hơn so với laser CO₂ hoặc Nd:YAG nhờ hiệu suất cao.
• Số lượng gia công: Đặt hàng số lượng lớn có thể được giảm giá.
• Độ chính xác yêu cầu: Cắt chi tiết phức tạp hoặc cần độ chính xác cao sẽ có giá cao hơn.
• Loại khí hỗ trợ: Argon và Nitơ thường đắt hơn so với oxy nhưng giúp bảo vệ bề mặt titan tốt hơn.

Cách tiết kiệm chi phí

• Chọn nhà cung cấp dịch vụ có máy laser fiber để đảm bảo tốc độ nhanh và chi phí thấp hơn.
• Đặt số lượng lớn để có giá tốt hơn.
• Tối ưu bản vẽ cắt để giảm hao phí vật liệu.

Lưu ý: Giá trên chỉ mang tính tham khảo. Nếu bạn muốn biết giá cụ thể cho đơn hàng của mình, hãy liên hệ trực tiếp với đơn vị gia công cắt laser titan.

9. Ứng dụng của cắt laser titan

Ngành hàng không

• Gia công vỏ máy bay: Titan được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không nhờ trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Cắt laser giúp tạo ra các tấm vỏ máy bay với độ chính xác tuyệt đối, đảm bảo khả năng chịu lực và chống ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt.
• Linh kiện động cơ: Các linh kiện trong động cơ máy bay, như tuabin hoặc bộ phận chịu nhiệt, thường được chế tạo từ titan. Cắt laser đảm bảo độ chi tiết và khả năng chịu nhiệt của sản phẩm.

Ngành y tế

• Sản xuất dụng cụ phẫu thuật: Các dụng cụ như kéo, kẹp, dao phẫu thuật bằng titan cần độ chính xác cao và bề mặt hoàn thiện. Cắt laser giúp tạo ra các chi tiết nhỏ, sắc nét, đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe trong y tế.
• Cấy ghép titan: Cắt laser được sử dụng để gia công các sản phẩm như khớp nhân tạo, đinh xương, hoặc miếng ghép hộp sọ. Quá trình này đảm bảo độ chính xác, an toàn, và tương thích sinh học của sản phẩm.

Công nghiệp ô tô

• Chế tạo khung xe: Titan giúp giảm trọng lượng xe mà vẫn đảm bảo độ bền. Cắt laser hỗ trợ chế tạo các bộ phận khung xe với độ chính xác cao, góp phần nâng cao hiệu suất nhiên liệu và độ an toàn.
• Bộ phận động cơ: Các bộ phận như van, piston, và ống xả được gia công bằng cắt laser titan để đảm bảo khả năng chịu nhiệt và độ bền vượt trội.

Quốc phòng

• Sản xuất vỏ tàu ngầm: Titan là vật liệu lý tưởng cho vỏ tàu ngầm nhờ khả năng chống ăn mòn và chịu áp lực nước lớn. Cắt laser đảm bảo độ chính xác và chất lượng gia công để sản phẩm hoạt động ổn định trong môi trường đại dương.
• Xe bọc thép: Các tấm titan cắt bằng laser được sử dụng trong sản xuất xe bọc thép, giúp tăng cường khả năng bảo vệ và giảm trọng lượng tổng thể của phương tiện.

10. Giải đáp các câu hỏi thường gặp về cắt laser titan

Máy cắt laser loại nào tốt nhất để cắt titan?

Laser fiber là lựa chọn tối ưu vì tốc độ cao và vết cắt mịn.

Nên dùng khí hỗ trợ nào khi cắt titan?

Argon hoặc nitơ giúp hạn chế oxi hóa bề mặt titan.

Làm sao để giảm bavia khi cắt titan?

Điều chỉnh tốc độ cắt và sử dụng khí hỗ trợ phù hợp.

Có thể cắt titan dày bao nhiêu bằng laser?

Tùy công suất máy, laser fiber có thể cắt titan dày đến 25mm.

Cắt laser titan là phương pháp gia công hiện đại, đảm bảo độ chính xác cao và giảm thiểu hao phí vật liệu. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả tối ưu, cần lựa chọn đúng loại máy, phương pháp cắt phù hợp và điều chỉnh thông số kỹ thuật hợp lý.

Hy vọng bài viết này giúp bạn hiểu rõ hơn về kỹ thuật cắt laser titan. Nếu bạn có câu hỏi hoặc cần tư vấn thêm, hãy liên hệ với chung tôi qua  Hotline: 0938266100 hoặc Email: info@dtptech.vn để được hỗ trợ tư vấn tốt nhất!