Hệ thống máy cắt laser thường bao gồm máy phát laser, hệ thống phân phối chùm tia ngoài, máy công cụ (bàn làm việc), tủ CNC, máy làm lạnh và hệ thống máy tính (phần cứng và phần mềm).
1) Bộ phận máy công cụ: Bộ phận cơ khí thực hiện các chuyển động theo trục X, Y và Z, bao gồm cả bệ cắt. Nó giữ phôi và di chuyển chính xác theo chương trình điều khiển; nó thường được điều khiển bởi động cơ servo.
2) Máy phát laser: Thiết bị tạo ra chùm tia laser. Đối với các ứng dụng cắt laser, trong khi laser trạng thái rắn YAG được sử dụng trong một số trường hợp, thì phần lớn lại sử dụng laser khí CO2 do hiệu suất chuyển đổi quang điện cao và công suất cao. Vì cắt laser đòi hỏi chất lượng chùm tia cao nên không phải tất cả các loại laser đều phù hợp cho mục đích này. Chế độ Gaussian được sử dụng cho laser dưới 1500W; laser CO2 chế độ bậc thấp được sử dụng cho dải 100W–3000W; và laser đa chế độ được sử dụng cho công suất trên 3000W.
3) Hệ thống phân phối chùm tia bên ngoài: Bao gồm các gương dùng để định hướng chùm tia laze theo yêu cầu. Để đảm bảo đường đi của chùm tia không gặp sự cố, tất cả các gương đều được bọc trong vỏ bảo vệ và được cung cấp khí sạch, áp suất dương để ngăn ngừa ô nhiễm thấu kính. Một thấu kính chất lượng cao sẽ tập trung chùm tia chuẩn trực (góc phân kỳ bằng 0) vào một điểm cực kỳ nhỏ. Ống kính có tiêu cự 5,0 inch thường được sử dụng, trong khi ống kính 7,5 inch được dành riêng cho vật liệu dày hơn 12 mm.
4) Hệ thống CNC: Điều khiển chuyển động trục X, Y và Z của máy công cụ và điều chỉnh công suất đầu ra của tia laser.
5) Bộ ổn áp: Được kết nối giữa tia laser, máy công cụ CNC và hệ thống cấp điện; nó chủ yếu phục vụ để bảo vệ chống lại sự can thiệp của lưới điện bên ngoài.
6) Đầu cắt: Bao gồm các bộ phận như vỏ, ngàm thấu kính lấy nét, thấu kính lấy nét, cảm biến điện dung và vòi phun khí hỗ trợ. Cơ cấu truyền động đầu cắt di chuyển đầu dọc theo trục Z theo chương trình và bao gồm mô tơ servo và các bộ phận truyền động như vít me hoặc cụm bánh răng.
7) Bảng điều khiển vận hành: Được sử dụng để điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống cắt.
8) Bộ làm lạnh: Dùng để làm mát máy phát laser. Laser: Là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng; ví dụ, laser khí CO2 thường có hiệu suất chuyển đổi khoảng 20%, phần năng lượng còn lại chuyển hóa thành nhiệt. Nước làm mát mang đi lượng nhiệt dư thừa để đảm bảo máy phát laser hoạt động bình thường. Bộ làm lạnh cũng làm mát các gương đường quang bên ngoài và thấu kính hội tụ, đảm bảo chất lượng truyền chùm tia ổn định và ngăn ngừa hiệu quả sự biến dạng hoặc nứt thấu kính do nhiệt độ quá cao.
9) Bình chứa khí: Bao gồm các bình chứa khí làm việc và khí phụ trợ của máy cắt laser; chúng cung cấp các loại khí công nghiệp cần thiết cho dao động laze và các khí phụ trợ được sử dụng bởi đầu cắt.
10) Máy nén khí và bình chứa khí: Cung cấp và lưu trữ khí nén.
11) Máy sấy và bộ lọc không khí: Cung cấp không khí sạch, khô cho máy phát laser và đường truyền tia, đảm bảo hoạt động bình thường của đường quang và gương.
12) Hệ thống lọc khí thải và bụi: Hút khói, bụi phát sinh trong quá trình xử lý và lọc chúng, đảm bảo khí thải đạt tiêu chuẩn bảo vệ môi trường.
13) Hệ thống loại bỏ xỉ: Loại bỏ phế liệu và chất thải phát sinh trong quá trình xử lý.
Các loại tia laze
Laser khí CO2
Kể từ khi công nghệ laser để cắt kim loại tấm ra đời, laser CO2 đã chiếm lĩnh thị trường. Nguồn laser CO2 cần năng lượng đáng kể để kích thích các phân tử nitơ, khiến chúng va chạm với các phân tử CO2 (khí laser) và kích hoạt phát xạ photon, cuối cùng tạo thành chùm tia laser có khả năng cắt xuyên qua kim loại. Hoạt động phân tử trong khoang cộng hưởng giải phóng nhiệt cùng với ánh sáng, đòi hỏi phải có hệ thống làm mát cho khí laser. Điều này dẫn đến tiêu thụ năng lượng bổ sung trong quá trình làm mát, làm giảm hơn nữa hiệu quả sử dụng năng lượng tổng thể.
Laser sợi quang
Các máy sử dụng laser sợi quang có kích thước nhỏ hơn, nguồn laser và hệ thống làm mát của chúng cũng nhỏ gọn hơn; chúng loại bỏ sự cần thiết của đường khí laser và căn chỉnh gương. Hơn nữa, nguồn laser sợi quang có công suất 2 kW hoặc 3 kW đạt được hiệu suất tương đương với nguồn laser CO2 cần 4 kW hoặc 6 kW, đồng thời mang lại tốc độ nhanh hơn, mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn và giảm tác động đến môi trường. Laser sợi quang sử dụng điốt trạng thái rắn để bơm các phân tử bên trong sợi quang hai lớp, pha tạp ytterbium; sự phát xạ kích thích đi qua lõi sợi quang nhiều lần trước khi được phát ra dưới dạng chùm tia laser xuyên qua sợi quang tới đầu cắt. Vì tất cả các tương tác phân tử xảy ra bên trong sợi quang nên không cần đến khí laser, dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn đáng kể - khoảng 1/3 so với laser CO2. Do tạo ra ít nhiệt hơn nên hệ thống làm mát có thể được thiết kế nhỏ gọn hơn. Nhìn chung, để có hiệu suất tương đương, laser sợi quang tiêu thụ năng lượng ít hơn 70% so với laser CO2.
