CHLB ĐỨC – Viện Công nghệ Vật liệu và Laser Fraunhofer – IWS (Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS) tại thành phố Dresden, đã tìm ra một phương pháp sử dụng tia laser xanh để cắt kim loại đặc biệt hiệu quả dưới nước, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.
Khi nhu cầu về các nguồn năng lượng tái tạo tăng lên, nhu cầu về công nghệ hiện đại để tháo dỡ công trình dưới mặt `nước cũng tăng theo. Ví dụ, để tăng công suất cho các tuabin gió ngoài khơi, trước tiên các khung thép cũ dưới đáy biển phải được tháo dỡ để có thể xây dựng công trình lớn hơn. Viện Công nghệ Vật liệu và Tia laser Fraunhofer – IWS đã tìm ra một phương pháp sử dụng tia laser xanh để cắt kim loại đặc biệt hiệu quả dưới nước, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.
Tia laser xanh cắt kim loại dưới nước.
Thích nghi trong môi trường nước Tất nhiên, cắt kim loại bằng tia laser về cơ bản không phải là một phương pháp mới, nhưng phương pháp này thường được thực hiện trong môi trường khô ráo. Các tia laser hồng ngoại hoặc sóng dài được sử dụng. Nhiệm vụ của tia laser là làm nóng chảy vật liệu, sau đó khí phụ trợ thổi từ mỏ cắt sẽ thổi bay phần kim loại nóng chảy để tạo thành đường cắt. Tuy nhiên, ở biển với điều kiện khá khác biệt: nước phân tán ánh sáng bước sóng dài theo mọi hướng, khiến phần lớn năng lượng laser tiêu tan chỉ trong một khoảng cách ngắn. Đồng thời cần có hệ thống đường ống phức tạp cung cấp khí phụ trợ.
Sẵn sàng ứng dụng thực tế cùng với các đối tác công nghiệp Do đó, để cắt thép và các kim loại khác dưới nước, các nhà nghiên cứu tại viện Fraunhofer – IWS sử dụng các tia laser xanh đặc biệt có bước sóng ngắn, chúng cũng có khả năng cắt trong nước. Đồng thời, các nhà nghiên cứu sử dụng nguyên liệu phụ trợ chính là nước, như một công cụ để đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi vết cắt bằng áp suất. Điều này giúp giảm tiêu hao điện năng, đường dẫn khí và các nhược điểm khác. Quy trình này, cho đến nay chỉ được thực hiện trong phòng thí nghiệm, sắp tới đây sẽ được ứng dụng thực tế cùng với các đối tác công nghiệp.
Laser xanh công suất kilowatt là chìa khóa cho giải pháp cắt kim loại dưới nước Tia laser xanh có bước sóng ngắn hơn nhiều so với các tia laser công nghiệp hiện nay, chỉ có thể thực hiện được nhờ vào các loại laser xanh có công suất lớn hơn một kilowatt. Chỉ những tia laser này mới đạt được công suất cắt cần thiết cho các nhiệm vụ được thực hiện dưới nước. Trong tương lai, có thể sẽ xuất hiện các loại laser có bước sóng ngắn hơn với tia laser màu xanh lam. Những tia laser sóng ngắn như vậy xuyên qua nước mà không bị tổn thất nhiều năng lượng và do đó sẽ hoàn toàn phù hợp với nhu cầu cắt dưới nước.
Nước làm môi trường cắt Nước thay thế cho khí phụ trợ cắt trong môi trường khô cũng mang lại một lợi thế đáng kể: Không giống như khí hay hỗn hợp khí, nước chống lại lực nén, có nghĩa là trong môi trường cắt, nó có thể loại bỏ kim loại nóng chảy ở bề mặt vật liệu mà ít tốn công sức và rút ngắn thời gian. Ngoài ra, có thể loại bỏ các đường dẫn khí phụ trợ.
Tiêu thụ ít năng lượng hơn – nhưng mạnh mẽ hơn, linh hoạt và an toàn hơn Theo các kỹ sư tại viện Fraunhofer – IWS, cắt bằng laser dưới nước có một số ưu điểm so với các phương pháp cắt thông thường bằng cưa, máy cắt dây và máy cắt plasma. Giám đốc dự án cắt laser tại viện Fraunhofer – IWS, tiến sĩ Patrick Herwig cho biết: “Quy trình này tiêu thụ ít năng lượng và việc truyền tải điện hiệu quả hơn”. Phương pháp cắt này cũng cho phép chế tạo robot dưới nước đặc biệt nhỏ gọn có gắn thiết bị laser. Bởi vì những thiết bị này có thể nhỏ hơn và hiệu quả hơn so với máy cưa tự động trên thị trường, nên việc tiếp cận các khu vực của công trình dưới nước mà trước đây khó thực hiện sẽ trở nên dễ dàng hơn. Ví dụ, không giống như cưa, trong tương lai các đội tháo dỡ sẽ không phải liên tục nạp các lưỡi cắt mới hoặc vật tư tiêu hao khác vào các máy cắt laser. Ngoài ra, hệ thống cắt laser sẽ không tạo ra chất thải hoặc thải các chất độc hại vào khí quyển. Ưu điểm này sẽ đặc biệt quan trọng trong việc phá bỏ các nhà máy điện hạt nhân cũ. Ở đó, các bộ phận bằng thép thường phải được tháo dỡ dưới nước trước tiên. Nếu khí phụ trợ cắt được sử dụng, bong bóng có thể mang chất thải phóng xạ lên mặt nước. Vấn đề này cũng được loại bỏ bằng cách cắt laser dưới nước.
Khai thác nguồn nước hiệu quả Giáo sư Christoph Leyens, giám đốc viện Fraunhofer – IWS, mô tả tầm quan trọng về mặt kinh tế và xã hội của công nghệ tiên tiến này: “70% bề mặt Trái đất là nước. Trong tương lai, nhân loại sẽ phải sử dụng ngày càng nhiều nguồn nước để phát triển và gia tăng các loại năng lượng thân thiện với môi trường. Để làm được điều này, chúng tôi cần các công nghệ mới sản xuất dưới nước như giải pháp cắt laser của chúng tôi. Cho đến nay, nước vẫn bị coi là ‘kẻ thù’. Chúng tôi đang đảo ngược điều đó và xem nước như một ‘người bạn’.” Trong giai đoạn tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ triển khai những dự án nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm thành các hệ thống áp dụng thực tế. Viện Fraunhofer – IWS đóng góp kiến thức chuyên môn về công nghệ laser, công nghệ phân tích cũng như thiết kế các hệ thống hoàn chỉnh. Các nhà khoa học đang tìm kiếm các đối tác công nghiệp để triển khai dự án, chia sẻ kinh nghiệm ứng dụng và cách đối phó với những thách thức cũng như đồng hành cùng sự phát triển công nghệ.
Để xem các tin bài khác về “Cắt kim loại”, hãy nhấn vào đây.
(Nguồn: Hannover Messe)
