Laser fiber single-mode và multi-mode: vì sao cùng kW mà cắt khác nhau?

Hai máy cùng ghi một mức kW vẫn có thể cắt khác hẳn nhau — và single-mode hay multi-mode là một trong những lý do. Đây không phải chuyện máy nào mạnh hơn, mà là chuyện cùng lượng năng lượng đó được dồn vào một chấm nhỏ cỡ nào khi chạm mặt vật liệu.

Đây chính là lý do hai máy cùng ghi 2kW vẫn cho mặt cắt khác nhau. Khi xem các dòng máy cắt laser fiber đang bán, đọc thêm cột độ dày tối đa của từng model chứ đừng dừng ở con số kW ghi trên tên máy.

Single-mode và multi-mode khác nhau ở chỗ nào?

Chùm tia đi ra khỏi sợi quang có thể chứa một kiểu phân bố ánh sáng duy nhất hoặc nhiều kiểu chồng lên nhau. Một kiểu duy nhất — single-mode — cho chùm tia gọn, và thấu kính hội tụ được nó về một chấm rất nhỏ. Nhiều kiểu chồng nhau — multi-mode — cho chùm tia "béo" hơn, chấm hội tụ vì vậy rộng hơn.

Hệ quả nằm ở mật độ năng lượng: cùng một mức công suất, chấm càng nhỏ thì năng lượng trên mỗi đơn vị diện tích càng lớn. Đó là toàn bộ khác biệt, và mọi ưu — nhược điểm phía sau đều suy ra từ đúng một câu đó. Đây cũng là lý do không nên chọn máy chỉ bằng con số kW ghi trên tờ rơi: kW nói tổng năng lượng, còn cắt được gì lại phụ thuộc năng lượng đó tập trung tới đâu.

Chỉ số kỹ thuật dùng để mô tả độ "gọn" của chùm tia thường được ghi trong catalogue nguồn laser. Trị số cụ thể khác nhau giữa từng model và không có nguồn chung để dẫn ở đây, nên phần tra số thuộc về catalogue của chính nguồn bạn đang xem — đang cập nhật trong bài này. Cái dùng được ngay không phải con số mà là hướng: gọn hơn ⇒ chấm nhỏ hơn ⇒ mật độ cao hơn.

Chấm nhỏ hơn có luôn tốt hơn không?

Không — và đây là chỗ hay bị hiểu ngược. Khi cắt tấm dày, mạch cắt phải đủ rộng để phần kim loại nóng chảy thoát ra được theo luồng khí trợ. Chấm quá nhỏ cho mạch quá hẹp, phần nóng chảy khó thoát và đọng lại thành xỉ ở mặt dưới. Cơ chế thổi xỉ này phụ thuộc khí trợ nhiều hơn phụ thuộc nguồn, giải thích ở khí hỗ trợ cắt laser: O₂, N₂ hay khí nén, và các giới hạn thực tế khi cắt dày nằm ở cắt kim loại dày bằng laser fiber.

Điểm thứ hai là phản xạ ngược. Kim loại mặt bóng — đồng, đồng thau, nhôm đánh bóng — dội một phần tia trở lại vào đầu cắt và ngược lên nguồn. Chùm càng gọn thì phần dội về càng tập trung, nên cấu hình chấm nhỏ chịu áp lực lớn hơn ở nhóm vật liệu này. Trở ngại cụ thể khi làm việc với nhóm đó nằm ở cắt đồng và đồng thau bằng laser fiber.

Xưởng thông thường nên chọn cấu hình nào?

Bảng xếp theo loại việc, không kèm trị số vì trị số phụ thuộc từng model nguồn. Với đại đa số xưởng gia công kim loại tấm ở Việt Nam, câu hỏi này không phải câu hỏi đầu tiên — thứ quyết định trước nó là công suất theo độ dày và sản lượng, xem chọn công suất laser phù hợp quy mô xưởng. Ai đang cân giữa hai mức công suất thì bài toán thật nằm ở laser fiber 2kW hay 3kW.

Còn nếu bạn đang so nhà sản xuất nguồn chứ không so kiến trúc chùm tia, đó là câu hỏi khác — tách riêng ở nguồn laser Raycus, IPG và Max Photonics.

Câu hỏi thường gặp

Máy ghi cùng số kW thì cắt như nhau phải không?

Không. kW nói tổng năng lượng, còn kết quả cắt phụ thuộc năng lượng đó tập trung vào chấm to hay nhỏ, cộng với khí trợ và tình trạng quang học. Vì vậy hai máy cùng kW vẫn có thể cho mép cắt và tốc độ khác nhau.

Nên hỏi người bán câu gì để biết máy dùng cấu hình nào?

Hỏi thẳng tên model nguồn laser và xin catalogue của chính nguồn đó, đừng hỏi chung chung "máy này chùm tia tốt không". Thông số chùm tia là thứ nhà sản xuất nguồn công bố, không phải thứ suy ra từ tên máy.

Cấu hình chấm nhỏ có cắt được tấm dày không?

Cắt được, nhưng không phải thế mạnh của nó, vì mạch cắt hẹp khiến phần nóng chảy khó thoát ra. Với xưởng chạy nhiều độ dày khác nhau, cấu hình phổ thông của máy cắt tấm thường là lựa chọn cân bằng hơn.

Bài này thuộc cụm máy cắt laser fiber — đọc phần chọn công suất trước, phần kiến trúc chùm tia sau, vì công suất mới là biến quyết định ở đại đa số xưởng.