Hướng dẫn cắt nhựa bằng tia laser: Những loại nhựa có thể cắt và những loại tuyệt đối không được cắt

Hướng dẫn cắt nhựa bằng tia laser: Những loại nhựa có thể cắt và những loại tuyệt đối không được cắt

Tại sao "Nhựa" Không Phải Là Một Loại Vật Liệu Duy Nhất

Một tấm nhựa đến với một màu sắc, một độ dày và một mức giá. Không một trong ba yếu tố đó cho biết tia laser sẽ làm gì.

"Nhựa" mô tả một họ vật liệu có thành phần hóa học hoàn toàn khác nhau, và chùm tia CO2 ở bước sóng 10,6 micromet phản ứng với thành phần hóa học chứ không phản ứng với nhãn dán trên lớp màng bảo vệ. Hai hệ quả sau đây phát sinh, và chúng chi phối toàn bộ nội dung còn lại trong hướng dẫn này.

Các thông số thiết lập không thể chuyển đổi giữa các loại nhựa. Acrylic, polystyrene và ABS có thể trông tương tự nhau trên kệ nhưng lại phản ứng hoàn toàn khác nhau khi cùng công suất và tốc độ. Một tập tin cắt sạch trên loại nhựa này có thể tạo thành hạt tròn, sợi kéo hoặc bắt lửa trên loại khác.

Một số loại nhựa tuyệt đối không được cắt, ở bất kỳ thông số nào. Không phải vì mép cắt sẽ xấu, mà vì quá trình cắt sinh ra khí gây hại cho máy và đe dọa an toàn người vận hành. Không một lượng khí hỗ trợ, tốc độ hay bộ lọc nào có thể biến một vật liệu bị cấm thành một vật liệu an toàn để gia công. Đây là quyết định về vật liệu, chứ không phải quyết định về thông số.

Hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo được cắt bằng cách làm nóng chảy và bốc hơi, nên "mép cắt" thực chất là phần nhựa đã nóng chảy rồi đông lại. Đó là lý do vì sao mép cắt trên nhựa thường bóng láng, dính kéo sợi hoặc dính tay thay vì sạch và xơ như gỗ. Lượng nhựa nóng chảy sinh ra và tốc độ làm nguội của nó quyết định hình dáng mép cắt.

Nhựa nhiệt rắn lại là một trường hợp khác. Nhựa epoxy, nhựa phenolic và tấm gia cố bằng sợi thủy tinh không nóng chảy; chúng bị than hóa, tạo bụi và để lại mép cắt thô ráp. Chúng không thực sự bị cắt mà bị hư hại theo một đường thẳng.

Danh sách các vật liệu cấm cắt

Đây là phần hướng dẫn đáng in ra và dán lên tường. Mọi vật liệu liệt kê bên dưới đều bị từ chối cắt, bất kể độ dày, thông số thiết lập hay kích thước công việc nhỏ đến đâu.

Hai ghi chú thực tiễn liên quan đến danh sách này.

Thứ nhất, lập luận kinh tế mạnh hơn lập luận về sức khỏe đối với đa số xưởng sửa chữa, và điều này đáng được nêu rõ: khí clo tấn công lớp phủ quang học cũng như các bề mặt kim loại mà nó tiếp xúc. Chỉ một công việc xử lý PVC duy nhất cũng có thể để lại một lớp màng trên ống kính và bắt đầu gây ăn mòn các thanh dẫn hướng — hậu quả này có thể chỉ xuất hiện sau vài tháng dưới dạng chất lượng cắt suy giảm. Đó là lý do vì sao quy tắc này không có ngoại lệ nào, kể cả với "chỉ một chi tiết nhỏ".

Thứ hai, danh sách bao gồm các vật liệu hoàn toàn an toàn để gia công cơ khí, cắt bằng cưa hoặc phay. Acetal và PVC là những vật liệu kỹ thuật thông thường. Hạn chế này áp dụng cho xử lý nhiệt, chứ không áp dụng cho sự tồn tại của vật liệu.

Cách xác định loại nhựa chưa biết trước khi đặt lên bàn máy

Thói quen hữu ích nhất trong công việc với nhựa là từ chối cắt bất kỳ vật liệu nào mà bạn không thể gọi đúng tên. Việc xác định thường rất dễ dàng và gần như không bao giờ cần thực hiện thử nghiệm.

Quy tắc sau đây rất đơn giản: không có bảng dữ liệu kỹ thuật thì không cắt. Nếu khách hàng cung cấp vật liệu riêng, hãy yêu cầu họ ghi rõ tên polymer bằng văn bản trước khi đưa vật liệu lên bàn gia công. Nếu họ không thể cung cấp, hãy báo giá công việc dưới dạng "vật liệu cần xác nhận" hoặc từ chối thực hiện.

Sai lầm phổ biến nhất không phải do thiếu kiến thức, mà do tư duy bảo thủ: "tháng trước chúng tôi đã cắt loại này và mọi chuyện ổn cả". Các nhà cung cấp có thể thay đổi loại vật liệu, phụ gia và xử lý bề mặt mà không đổi tên sản phẩm, nên một loại vật liệu có cách phản ứng này vào tháng Ba có thể lại phản ứng khác vào tháng Mười.

Hành vi của từng loại nhựa thông dụng dưới chùm tia

Giả sử vật liệu đã vượt qua danh sách các loại không được cắt, hành vi của nó vẫn thay đổi đủ nhiều để mỗi nhóm nhựa cần có bài kiểm tra riêng.

Có hai xu hướng đáng chú ý. Các vật liệu có độ nhớt nóng chảy thấp, như PP và PE, tạo ra các sợi vì hỗn hợp nóng chảy loãng và bị luồng khí hỗ trợ kéo giãn. Các vật liệu dễ đổi màu, như PC, sẽ xuất hiện viền nâu không thể đánh bóng được nếu chịu nhiệt dư thừa.

Độ dày làm thay đổi kết quả cắt nhiều hơn so với gỗ. Một tấm PP dày 2 mm có thể cắt đạt yêu cầu, trong khi cùng loại vật liệu nhưng dày 6 mm lại bị cong vênh và tạo sợi, bởi vì nhiệt phải truyền xa hơn và lượng vật liệu nóng chảy cần loại bỏ cũng nhiều hơn.

Tại sao mép cắt lại bị sợi, dính hoặc sạch

Ở gỗ và giấy, mép cắt là một bề mặt được cắt. Còn ở nhựa, mép cắt là phiên bản ‘đông khô’ của vật liệu nóng chảy, và hình dạng bên ngoài phản ánh trực tiếp lượng vật liệu ở trạng thái lỏng được tạo ra và tốc độ đông đặc của nó.

Điều đó dẫn đến ba kiểu thất bại và một kiểu thành công.

Mép cắt bị sợi xảy ra khi lớp vật liệu nóng chảy mỏng đến mức bị kéo dài thay vì bị đẩy ra ngoài. Luồng khí hỗ trợ kéo theo những sợi polymer xuyên qua đường cắt; các sợi này nguội trong không khí và tự hàn dính vào chi tiết. Hiện tượng này thường gặp trên PP, PE và PETG. Cách khắc phục trái với trực quan: tăng tốc độ và giảm năng lượng, để ít vật liệu hơn bị hóa lỏng; sau đó điều chỉnh luồng khí hỗ trợ sao cho làm sạch khe cắt mà không kéo theo vật liệu.

Cạnh dính hoặc có tính dẻo xảy ra khi lớp vật liệu nóng chảy đông đặc ở trạng thái mềm. Polycarbonate là ví dụ điển hình: cạnh trông bình thường, nhưng để lại vết xước và dính khi ấn nhẹ bằng móng tay, khiến chi tiết không thể cầm nắm mà không để lại dấu vân tay. Giảm năng lượng và tăng tốc độ; nếu vật liệu vẫn không tạo được cạnh khô ráo, công việc này có thể phù hợp hơn với máy cưa hoặc máy phay.

Cạnh uốn cong hoặc nhô cao xảy ra khi vật liệu nóng chảy bị đẩy lên trên thay vì bị đẩy ra khỏi khe cắt. Đường cắt về mặt kích thước là chính xác, nhưng mặt trên của chi tiết lại có một viền nhô lên khiến bề mặt không thể tiếp xúc phẳng hoàn toàn. ABS thể hiện hiện tượng này rất rõ ràng. Trước tiên cần kiểm tra tiêu điểm, sau đó kiểm tra hướng của luồng khí hỗ trợ.

Các cạnh sạch xuất phát từ các vật liệu bay hơi nhiều hơn là nóng chảy, chẳng hạn như PMMA và PS, cũng như từ việc duy trì năng lượng chỉ cao hơn ngưỡng cần thiết để hoàn tất việc cắt.

Màng bảo vệ xứng đáng được ghi chú riêng. Việc để nguyên màng xuất xưởng sẽ bảo vệ bề mặt nhưng bản thân màng lại nóng chảy vào mép cắt và có thể dính kết với chi tiết. Nếu bắt buộc phải bảo vệ bề mặt trong quá trình cắt, băng keo chuyển dán có lực bám thấp do người vận hành áp dụng thường là lựa chọn tốt hơn so với việc để nguyên màng vận chuyển, và loại băng keo này phải được kiểm tra thử trên phế liệu trước khi tiến hành loạt sản xuất.

Khói, cháy và giọt nhựa nóng chảy

Khói nhựa là mối nguy hiểm chính trong nhóm vật liệu này, và cũng là mối nguy thường bị đánh giá thấp nhất vì thường không nhìn thấy được.

Khói ngưng tụ. Khác với khói gỗ, phần lớn thoát ra ngoài máy, hơi nhựa làm mát và bám vào bề mặt lạnh đầu tiên mà nó gặp: thấu kính, vòi phun, bên trong ống dẫn, quạt hút. Lớp màng này làm suy giảm chất lượng cắt từ rất sớm — trước khi bất kỳ ai nhận ra mùi — và đây cũng là lý do khiến lịch trình vệ sinh quang học ngắn hơn khi cắt nhựa so với khi cắt gỗ.

Hệ thống hút phải phù hợp với loại vật liệu. Cắt nhựa bằng hệ thống hút được thiết kế chỉ dành cho bụi gỗ là một sai lầm phổ biến và tốn kém. Khói nhựa đòi hỏi bộ lọc phù hợp, và không khí đã hút phải không được đưa trở lại xưởng trừ khi hệ thống lọc được thiết kế đặc biệt cho mục đích đó. Nếu máy xả khí ra ngoài trời, hãy kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo đầu ra không nằm gần miệng hút không khí.

Giọt nhựa nóng chảy là con đường lan truyền lửa. Nhựa nóng chảy có thể nhỏ giọt. Một giọt nhựa đang cháy rơi xuyên qua cấu trúc tổ ong xuống bàn làm việc, sàn nhà hoặc khay chứa phế liệu và gây ra đám cháy thứ hai bên dưới đám cháy mà người vận hành đang quan sát. PC, PP và PE là những vật liệu cần đặc biệt lưu ý. Giữ khu vực phía dưới bàn làm việc luôn thông thoáng và tuyệt đối không lưu trữ phế liệu trong máy.

Không bao giờ để công việc cắt nhựa không có người giám sát. Đây là quy trình tiêu chuẩn cho mọi công việc sử dụng tia laser, nhưng với nhựa thì cần nhấn mạnh lại: vật liệu này có thể bắt lửa, nhỏ giọt và tiếp tục cháy bên trong đường dẫn hút khí ngay cả sau khi đầu cắt đã dừng hoạt động.

Hai thói quen vệ sinh thường xuyên mang lại hiệu quả lớn nhất. Làm sạch ống kính và vòi phun theo lịch trình cố định thay vì chỉ khi phát hiện dấu hiệu bất thường, bởi lớp màng nhựa bám lên bề mặt thường không nhìn thấy được. Đồng thời, đổ rỗng khay chứa phế liệu sau mỗi phiên làm việc với nhựa, vì phế liệu nhựa hỗn hợp vừa là nguồn nhiên liệu tiềm tàng, vừa có nguy cơ gây nhiễm chéo nếu một trong số chúng bị xác định sai loại cho công việc tiếp theo.

Những sai lầm phổ biến nhất khi cắt nhựa bắt đầu ngay từ trước khi chạy công việc

Dòng cuối cùng là dòng giúp tiết kiệm nhiều vật liệu nhất trong một năm. Một bản ghi đơn giản — gồm polymer, nhà cung cấp, độ dày, thông số thiết lập và kết quả mép — biến câu nói 'tháng trước chúng tôi đã cắt vật liệu này và mọi việc ổn cả' thành bằng chứng có thể kiểm tra trước khi bắt đầu lô tiếp theo.

Lựa chọn máy phù hợp cho công việc với tấm nhựa

Công việc trên tấm nhựa không đòi hỏi công suất tối đa. Thay vào đó, nó yêu cầu năng lượng thấp được kiểm soát tốt, chuyển động ổn định và hệ thống hút khói được thiết kế đặc biệt cho khói nhựa, bởi vì phần lớn công việc cắt nhựa nằm ở dải năng lượng thấp trong khả năng của hệ thống CO2, và sự cố thường xảy ra do quá nhiệt chứ không phải do thiếu nhiệt.

Kích thước bàn làm việc phụ thuộc vào kích thước tấm vật liệu, không phụ thuộc vào kích thước chi tiết Các định dạng tấm nhựa tiêu chuẩn có kích thước lớn, và một bàn làm việc không thể đặt phẳng tấm vật liệu sẽ buộc người dùng phải cắt trước hoặc thiết kế lại. Các định dạng 1325 và 1610 phù hợp với tấm nguyên khổ và sản xuất theo phương pháp xếp chồng; định dạng 6090 thích hợp cho các chi tiết nhỏ, mẫu thử nghiệm và công việc trên một tấm duy nhất, trong đó thao tác xử lý là yếu tố chi phối.

Độ ổn định chuyển động thể hiện trực tiếp ở mép cắt. Trên vật liệu nhựa, chuyển động di chuyển không đồng đều gây ra các vệt băng dễ thấy và chất lượng mép cắt thay đổi, do lịch sử nóng chảy thay đổi theo tốc độ. Một máy giữ vận tốc không đổi khi đi qua các đoạn cong sẽ tạo ra mép cắt đồng đều hơn so với máy tăng giảm tốc đột ngột.

Vị trí đặt camera có ích khi các đường cắt cần căn chỉnh chính xác với tấm nhựa đã in — điều thường gặp trong lĩnh vực biển hiệu và trưng bày. Cấu hình hai đầu cắt tăng năng suất đối với các chi tiết lặp lại mà không thay đổi quy trình.

Các cấu hình công suất trên các nền tảng 6090, 1390 và 1610 dao động từ 100 W đến 150 W, và đối với tấm nhựa thì mức này là đủ; điều quan trọng là máy có thể cung cấp công suất ở mức thấp nhất đó một cách kiểm soát tốt đến đâu. Nếu yêu cầu là khắc dấu thay vì cắt — như số phần, nhãn, bảng số seri — thì máy khắc CO2 là công cụ phù hợp, còn việc dùng máy cắt để thực hiện công việc khắc sẽ làm lãng phí khả năng ở cả hai hướng.

Thông số kỹ thuật dễ bị chọn thiếu nhất là hệ thống hút khí. Khói nhựa là yếu tố giới hạn thời gian vận hành liên tục của máy khi gia công nhựa, và bộ lọc được thiết kế cho gỗ sẽ bị tắc, không loại bỏ được mùi, đồng thời để lại lớp màng trên các thấu kính quang học.

Kết luận

Nhựa là nhóm vật liệu mà một tấm chưa xác định danh tính duy nhất có thể gây hư hại nghiêm trọng nhất, và giải pháp khắc phục ở đây mang tính quy trình hơn là kỹ thuật.

Các quy tắc ngắn gọn đến mức dễ ghi nhớ. Đặt tên cho polymer trước khi nó tiếp xúc với mặt bàn cắt, và từ chối mọi vật liệu không thể đặt tên được. Duy trì danh sách 'không bao giờ cắt' một cách tuyệt đối: PVC, PTFE, acetal và epoxy gia cố bằng sợi thủy tinh không phải là vấn đề về thông số kỹ thuật. Dự đoán mép cắt sẽ là lớp nhựa nóng chảy đông cứng, và kiểm soát nó bằng tốc độ và năng lượng thay vì tăng công suất. Coi khói sinh ra trong quá trình cắt vừa là vấn đề bảo trì vừa là vấn đề sức khỏe, bởi vì khói ngưng tụ trên máy cắt cũng dễ dàng như khi phát tán vào không khí. Giữ khu vực bên dưới mặt bàn cắt luôn thông thoáng, vì nhựa nóng chảy có thể nhỏ giọt xuống.

Một xưởng gia công tuân thủ các quy tắc này có thể cắt hiệu quả và có lợi nhuận các loại vật liệu PS, ABS, PET, PP, PE và PC trên cùng một máy dùng để cắt mica, MDF và ván ép — đồng thời có thể từ chối những công việc sẽ âm thầm làm hỏng hệ thống quang học.