Tìm hiểu laser fiber là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cùng ưu điểm vượt trội và ứng dụng trong máy cắt fiber, máy khắc laser fiber công nghệ gia công kim loại hiện đại nhất hiện nay.

Laser Fiber là gì?

Laser fiber (còn được gọi là laser sợi quang)  là một loại laser sử dụng sợi quang học được pha tạp với nguyên tố đất hiếm (như Ytterbium, Erbium…) làm môi trường khuếch đại ánh sáng. Nguồn năng lượng được bơm vào sợi quang giúp tạo ra tia laser có công suất cao, độ hội tụ mạnh và độ chính xác cực lớn.

Nói một cách dễ hiểu, laser fiber được coi  là thế hệ laser tiên tiến nhất hiện nay, được ứng dụng rộng rãi trong các máy cắt fiber hay máy khắc laser fiber, nhờ khả năng cắt, khắc kim loại nhanh, mịn và tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với công nghệ laser truyền thống.

Cấu tạo cơ bản của hệ thống laser fiber

Một hệ thống laser fiber thường bao gồm các thành phần chính sau:

• Nguồn laser sợi quang (Fiber Laser Source): Là nguồn phát chính của hệ thống của hệ thống, tạo ra tia laser năng lượng cao.

• Bộ cộng hưởng sợi (Resonator): Giúp khuếch đại và ổn định chùm tia.

• Hệ thống gương và thấu kính hội tụ: Dẫn và tập trung tia laser đến đúng vị trí gia công.

• Đầu cắt/khắc (Laser Head): Nơi tia laser được phóng ra để thực hiện thao tác trên vật liệu.

• Bộ điều khiển CNC: Cho phép người vận hành điều khiển chính xác đường cắt, tốc độ và độ sâu.

Điểm khác biệt lớn nhất của công nghệ này nằm ở đường truyền sợi quang thay vì gương phản xạ cồng kềnh, laser được truyền trực tiếp qua sợi quang linh hoạt, giúp hiệu suất truyền năng lượng gần như tuyệt đối (đạt đến 90–95%).

Nguyên lý hoạt động của laser fiber

Nguyên lý cơ bản của laser fiber dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích trong vật lý lượng tử.

Khi nguồn điện bơm năng lượng vào sợi quang đã được pha tạp, các electron trong nguyên tử đất hiếm bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn. Khi chúng trở về trạng thái ban đầu, năng lượng dư thừa được giải phóng dưới dạng photon tức là ánh sáng laser.

Nhờ cấu trúc sợi quang dài và khả năng phản xạ nội bộ nhiều lần, lượng photon được khuếch đại mạnh, tạo thành tia laser hội tụ cao, có công suất lớn và bước sóng ổn định lý tưởng cho cắt, khắc hoặc hàn kim loại.

Ưu điểm vượt trội của công nghệ Laser Fiber

So với các loại laser truyền thống, laser fiber sở hữu hàng loạt ưu điểm khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu trong công nghiệp hiện nay.

1.Hiệu suất năng lượng cao

Hiệu suất chuyển đổi điện quang của laser fiber có thể đạt hơn 40%, trong khi laser CO₂ chỉ khoảng 10–15%. Điều này giúp tiết kiệm điện năng đáng kể, đặc biệt với các hệ thống công suất lớn.

2. Tuổi thọ và độ bền vượt trội

Nhờ không sử dụng gương phản xạ hay buồng cộng hưởng phức tạp, laser fiber có tuổi thọ lên đến 100.000 giờ hoạt động liên tục. Ngoài ra, cấu trúc kín giúp hạn chế bụi bẩn và rung động, giảm nhu cầu bảo trì.

3. Chất lượng cắt và khắc cao

Tia laser có đường kính cực nhỏ (vài micromet), cho phép độ chính xác gia công cực cao, mép cắt mịn, không cần xử lý lại. Với máy cắt laser fiber, độ sai lệch chỉ trong khoảng ±0.05 mm.

4. Linh hoạt với nhiều loại vật liệu

Laser fiber có thể xử lý nhiều kim loại khác nhau như thép carbon, thép không gỉ, nhôm, đồng, titan, và cả hợp kim phản quang điều mà laser CO₂ gặp nhiều hạn chế.

5. Chi phí vận hành thấp

Không cần sử dụng khí laser, không có linh kiện tiêu hao lớn, nên chi phí bảo trì và vận hành giảm 30–40% so với công nghệ cũ. Đây là lý do nhiều doanh nghiệp chuyển sang máy cắt fiber hoặc máy khắc laser fiber để tối ưu chi phí sản xuất.

Ứng dụng của Laser Fiber trong ngành gia công kim loại

Nhờ những ưu điểm vượt trội, công nghệ laser fiber ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Sau đây là những ứng dụng nổi bật:

1. Máy cắt laser fiber – giải pháp gia công tốc độ cao

Máy cắt laser fiber được dùng để cắt tấm kim loại mỏng đến dày, với đường cắt sắc nét và bề mặt mịn.
Ứng dụng nhiều trong:

• Sản xuất cơ khí chính xác

• Thiết bị điện, tủ điện

• Kết cấu thép, khung xe, thiết bị nhà bếp

Các dòng máy cắt fiber công suất cao (2000W–12000W) có thể cắt thép dày đến 25–40mm, giúp tăng năng suất gấp nhiều lần so với cắt plasma hoặc oxy-gas.

2. Máy khắc laser fiber – khắc tinh xảo, bền màu

Khác với máy cắt, máy khắc laser fiber tập trung tia laser ở công suất thấp hơn để ăn mòn bề mặt vật liệu một cách tinh vi.
Ứng dụng trong:

• Khắc logo, mã QR, số seri trên linh kiện

• Trang sức, đồng hồ, đồ điện tử

• Biển tên, tem nhãn, phụ kiện kim loại

Ưu điểm của khắc laser fiber là vết khắc vĩnh viễn, không phai, không cần mực, phù hợp cả với quy trình sản xuất hàng loạt.

Kết luận

Laser fiber là bước tiến đột phá trong lĩnh vực gia công kim loại hiện đại mang lại độ chính xác cao, tốc độ nhanh, tiết kiệm năng lượng và chi phí thấp.
Từ máy cắt laser fiber cho đến máy khắc laser fiber, công nghệ này đang thay thế dần các phương pháp truyền thống, mở ra kỷ nguyên gia công thông minh và tự động hóa cho ngành công nghiệp toàn cầu.