Cách tối ưu vật liệu khi cắt laser khổ lớn hiệu quả

Hướng dẫn cách tối ưu vật liệu khi cắt laser khổ lớn bằng nesting, common line, tối ưu thứ tự cắt và tận dụng phôi dư để giảm hao hụt, tiết kiệm chi phí.

Cách tối ưu vật liệu khi cắt laser khổ lớn: 9 giải pháp giảm hao hụt

Trong gia công thép tấm, vật liệu thường chiếm tỷ trọng lớn trong chi phí sản xuất. Vì vậy, chỉ cần giảm được một phần nhỏ lượng thép phế sau mỗi tấm cắt cũng có thể tạo ra khoản tiết kiệm đáng kể khi doanh nghiệp sản xuất với sản lượng lớn. Đặc biệt với máy cắt laser khổ lớn, doanh nghiệp thường sử dụng những tấm thép có kích thước lớn để gia công kết cấu thép, cơ khí công nghiệp, bồn bể, máy móc hoặc các chi tiết có kích thước lớn. Nếu bố trí phôi không hợp lý, phần vật liệu thừa có thể tăng lên đáng kể.

Tối ưu vật liệu vì vậy không đơn giản là đưa càng nhiều chi tiết lên một tấm thép càng tốt. Doanh nghiệp cần đồng thời tính đến kích thước phôi, hình dạng chi tiết, khoảng cách giữa các chi tiết, đường cắt, thứ tự cắt, khả năng tái sử dụng phôi dư và năng lực của phần mềm nesting.

Vậy làm thế nào để tối ưu vật liệu khi cắt laser khổ lớn? Hãy cùng TDL Laser tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Cách tối ưu vật liệu khi cắt laser khổ lớn

Vì sao cần tối ưu vật liệu khi cắt laser khổ lớn?

Một tấm thép sau khi cắt bằng máy cắt laser khổ lớn thường được chia thành ba phần: Chi tiết thành phẩm + phần khung xương/phần dư + hao hụt do đường cắt. Nếu bố trí chi tiết chưa tốt, lượng thép còn lại sau gia công có thể khá lớn.

Ví dụ, cùng một tấm thép 2.000 x 6.000mm, hai phương án nesting khác nhau có thể tạo ra tỷ lệ sử dụng vật liệu khác nhau.

- Phương án thứ nhất có thể tận dụng phần lớn diện tích tấm thép.

- Phương án thứ hai để lại nhiều khoảng trống giữa các chi tiết hoặc ở hai đầu tấm.

Khi chỉ cắt một vài tấm, sự khác biệt có thể không quá rõ ràng. Nhưng nếu nhà máy cắt hàng trăm hoặc hàng nghìn tấm mỗi tháng, lượng vật liệu chênh lệch sẽ trở thành một khoản chi phí đáng kể. Do đó, tối ưu vật liệu không chỉ giúp giảm thép phế mà còn giúp giảm chi phí trên từng sản phẩm.

Tối ưu nesting – yếu tố quan trọng nhất khi xếp chi tiết

Nesting là quá trình bố trí các chi tiết cần cắt lên một tấm vật liệu sao cho tận dụng diện tích hiệu quả nhất. Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất để tối ưu vật liệu khi cắt laser.

Thay vì nhân viên tự xếp từng chi tiết bằng tay, phần mềm nesting có thể tự động tính toán nhiều phương án dựa trên:

- Kích thước tấm thép.

- Hình dạng chi tiết.

- Số lượng chi tiết.

- Khoảng cách an toàn giữa các chi tiết.

- Hướng đặt chi tiết.

- Chiều dài đường cắt.

- Vị trí lỗ và biên dạng.

- Yêu cầu về chiều cán của vật liệu nếu có.

Sau đó phần mềm lựa chọn hoặc đề xuất phương án có tỷ lệ tận dụng vật liệu cao hơn.

Phần mềm nesting tự động tính toán vị trí và hướng đặt chi tiết trên tấm vật liệu.

Phần mềm nesting tự động tính toán vị trí và hướng đặt chi tiết trên tấm vật liệu.

==> Máy cắt laser khổ lớn làm việc liên tục được bao lâu?

Nesting càng sát nhau có phải càng tốt?

Không hoàn toàn. Nếu đặt các chi tiết quá sát nhau trên máy cắt laser khổ lớn, có thể ảnh hưởng đến:

- Nhiệt tích tụ.

- Biến dạng vật liệu.

- Khả năng thoát xỉ.

- Chất lượng đường cắt.

- Độ ổn định của đầu cắt.

Do đó, mục tiêu không phải là xếp sát nhất có thể, mà là tìm được khoảng cách hợp lý giữa mức tiết kiệm vật liệu và chất lượng gia công.

Chọn kích thước phôi phù hợp ngay từ đầu

Một trong những cách tối ưu vật liệu hiệu quả nhưng thường bị bỏ qua là chọn đúng kích thước phôi. Không phải lúc nào sử dụng tấm thép lớn nhất cũng là phương án tiết kiệm nhất.

Ví dụ, nếu phần lớn đơn hàng chỉ cần các chi tiết có kích thước trung bình, việc sử dụng tấm quá lớn có thể tạo ra lượng phôi dư đáng kể.

Ngược lại, khi gia công những chi tiết dài và lớn, máy cắt laser khổ lớn cho phép doanh nghiệp tận dụng các tấm thép có kích thước lớn mà không cần chia nhỏ chi tiết. Vì vậy, trước khi lập kế hoạch cắt nên thống kê: Kích thước chi tiết → số lượng → chiều dày → loại vật liệu → kích thước tấm nguyên liệu phù hợp.

Từ đó lựa chọn kích thước phôi sao cho phù hợp với nhóm đơn hàng.

==> Nên chọn máy cắt laser khổ lớn công suất bao nhiêu?

Gom nhiều đơn hàng để nesting chung

Đây là một cách rất hữu ích khi doanh nghiệp có nhiều đơn hàng sử dụng cùng loại vật liệu dùng máy cắt laser khổ lớn. Thay vì nesting riêng từng đơn hàng, doanh nghiệp có thể gom các chi tiết có cùng vật liệu và chiều dày vào cùng một kế hoạch cắt.

Ví dụ: Đơn hàng A cần 20 chi tiết, đơn hàng B cần 15 chi tiết, đơn hàng C cần 10 chi tiết. Nếu cả ba đều sử dụng thép carbon cùng chiều dày, phần mềm có thể bố trí tổng cộng 45 chi tiết trên các tấm phôi theo phương án tối ưu hơn. Điều này tạo ra nhiều khả năng kết hợp hình dạng khác nhau, từ đó giảm khoảng trống giữa các chi tiết.

Tuy nhiên, không nên gom đơn hàng một cách máy móc. Cần quản lý rõ: Mã chi tiết, Số lượng, Đơn hàng, Vật liệu, Chiều dày, Yêu cầu giao hàng... Nếu không quản lý tốt, việc nesting chung có thể làm khó khâu phân loại sau khi cắt. Vì vậy, tối ưu vật liệu cần đi cùng quản lý dữ liệu sản xuất.

Tận dụng phần mềm để tự động tối ưu bố trí

Với các nhà máy sử dụng máy cắt laser khổ lớn, số lượng chi tiết có thể lên tới hàng trăm loại khác nhau. Lúc này, nesting thủ công rất khó đạt hiệu quả cao.

Phần mềm có thể tự động tính toán: Chi tiết nào đặt ở đâu → xoay theo hướng nào → khoảng cách bao nhiêu → cắt theo thứ tự nào → tổng diện tích sử dụng bao nhiêu.

Một số hệ thống CNC và phần mềm dành cho máy laser hiện nay còn hỗ trợ các chức năng tối ưu đường chạy dao, common line, FlyCut hoặc các phương pháp giúp giảm thời gian cắt và tăng hiệu quả sử dụng phôi. Tuy nhiên, doanh nghiệp nên phân biệt: Tối ưu vật liệu ≠ tối ưu thời gian cắt.

Một phương án nesting có thể tiết kiệm thép nhưng lại tạo ra đường chạy dao rất dài. Ngược lại, một phương án cắt nhanh chưa chắc tận dụng vật liệu tốt nhất. Mục tiêu cuối cùng là tối ưu tổng chi phí sản xuất, không chỉ một chỉ số riêng lẻ.

==> Nguồn laser fiber là gì?

Tận dụng Common Line để giảm hao hụt

Common line cutting là phương pháp cho phép hai hoặc nhiều chi tiết sử dụng chung một đường cắt ở vị trí phù hợp. Thay vì cắt riêng từng đường biên, máy có thể tận dụng đường chung giữa hai chi tiết.

Ví dụ đơn giản: Nếu hai chi tiết có cạnh thẳng đặt cạnh nhau, thay vì tạo hai đường cắt riêng biệt, có thể bố trí để chúng dùng chung một đường cắt. Lợi ích có thể đặt được là giảm chiều dài đường cắt, giảm thời gian gia công, giảm số lần máy thực hiện đường cắt, tận dụng vật liệu tốt hơn trong một số bố trí.

Tuy nhiên, Common Line không phù hợp với mọi loại chi tiết. Cần xem xét một số vấn đề như hình dạng chi tiết, yêu cầu kích thước, độ dày vật liệu, biến dạng nhiệt và thứ tự cắt. Vì vậy, chức năng này nên được sử dụng có kiểm soát thay vì áp dụng cho toàn bộ bản vẽ.

Tối ưu khoảng cách giữa các chi tiết

Khoảng cách giữa các chi tiết là một yếu tố tưởng nhỏ nhưng ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ tận dụng vật liệu. Nếu để khoảng cách quá lớn, phần thép nằm giữa các chi tiết trở thành phế liệu. Nhưng nếu để quá nhỏ, có thể gây ra vấn đề về nhiệt, xỉ hoặc độ ổn định trong quá trình cắt.

Khoảng cách phù hợp phụ thuộc vào: Chiều dày thép, Công suất laser, Loại vật liệu, Biên dạng chi tiết, Công nghệ cắt, Khả năng điều khiển máy.

Do đó, không nên đưa ra một con số khoảng cách cố định áp dụng cho mọi trường hợp. Tốt nhất là sử dụng bộ thông số đã được nhà cung cấp máy và kỹ thuật sản xuất kiểm chứng trên từng nhóm vật liệu.

Tối ưu thứ tự cắt để hạn chế biến dạng và phế liệu

Tối ưu vật liệu không chỉ nằm ở cách xếp chi tiết. Thứ tự cắt cũng ảnh hưởng đến khả năng sử dụng phôi. Khi cắt thép tấm lớn, nhiệt sinh ra trong quá trình gia công có thể làm vật liệu biến dạng nếu tập trung quá nhiều tại một khu vực. Vì vậy, phần mềm và người vận hành cần lựa chọn chiến lược cắt phù hợp.

Thông thường có thể cân nhắc: Cắt các chi tiết nhỏ/lỗ → chi tiết bên trong → đường biên ngoài, kết hợp trình tự và vị trí cắt phù hợp với từng loại sản phẩm.

Mục tiêu của máy cắt laser khổ lớn là hạn chế biến dạng nhiệt, xê dịch chi tiết, va chạm đầu cắt và phế phẩm do sai kích thước. Bởi nếu một chi tiết bị lỗi và phải cắt lại, toàn bộ phần vật liệu dùng cho chi tiết đó trở thành chi phí phát sinh.

Máy cắt laser khổ lớn cho phép gia công các tấm thép kích thước lớn và chi tiết dài.

Máy cắt laser khổ lớn cho phép gia công các tấm thép kích thước lớn và chi tiết dài.

Tận dụng phôi dư thay vì xem toàn bộ là phế liệu

Đây là cách rất đáng làm đối với các nhà máy sử dụng máy cắt laser khổ lớn. Sau mỗi lần cắt, không phải toàn bộ phần còn lại đều cần bỏ đi. Những miếng thép dư có kích thước và hình dạng phù hợp có thể được: Đánh dấu → nhập kho → quản lý kích thước → tái sử dụng cho đơn hàng sau.

Ví dụ, một phần thép còn lại 500x1.000mm hoàn toàn có thể sử dụng cho những chi tiết nhỏ ở các đơn hàng tiếp theo.

Doanh nghiệp nên có quy định phân loại phôi dư theo loại thép, mác thép, chiều dày, kích thước, số lượng, ngày nhập kho... Điều này biến phôi dư thành nguyên liệu có thể tái sử dụng, thay vì ngay lập tức trở thành phế liệu.

==> Ưu điểm của máy cắt laser khổ lớn

Tối ưu vật liệu phải đi cùng tối ưu đường cắt

Một phương án nesting tốt cần đồng thời xem xét đường chạy dao. Giả sử hai phương án đều sử dụng 95% diện tích tấm thép. Phương án A có đường cắt ngắn hơn đáng kể, phương án B có nhiều đường chạy không cần thiết. Nếu lựa chọn B, doanh nghiệp có thể tiết kiệm vật liệu tương đương nhưng lại mất thêm thời gian máy.

Vì vậy, khi đánh giá phương án nesting nên theo dõi ít nhất:

CHỈ SỐ	Ý NGHĨA
Tỷ lệ sử dụng vật liệu	Bao nhiêu % tấm thép được sử dụng cho sản phẩm
Diện tích phế liệu	Lượng vật liệu còn lại
Chiều dài đường cắt	Ảnh hưởng thời gian gia công
Số lần piercing	Ảnh hưởng thời gian và độ ổn định
Thời gian cắt	Đánh giá năng suất
Số lượng chi tiết	Đánh giá hiệu quả mỗi tấm
Phôi dư có thể tái sử dụng	Khả năng tiết kiệm cho đơn hàng sau

Máy cắt laser khổ lớn giúp tối ưu vật liệu như thế nào?

Một trong những lợi thế của máy cắt laser khổ lớn là khả năng xử lý các tấm vật liệu có kích thước lớn. Khi máy có bàn cắt dài, doanh nghiệp có thể bố trí nhiều chi tiết trên cùng một tấm thay vì phải chia nhỏ vật liệu thành nhiều phôi. Đặc biệt với các sản phẩm dài như dầm thép, bản mã, chi tiết kết cấu, tấm gia cường, chi tiết máy lớn, các bộ phận của thiết bị công nghiệp... việc tận dụng toàn bộ chiều dài tấm có thể tạo ra phương án nesting hiệu quả hơn.

Ví dụ, các dòng máy khổ lớn của TDL Laser có cấu hình bàn làm việc tới 14.000mm và 26.000mm, phù hợp với những bài toán gia công chi tiết và kết cấu có kích thước lớn. Tuy nhiên, khổ máy lớn không tự động đồng nghĩa với tiết kiệm vật liệu. Hiệu quả vẫn phụ thuộc vào cách lập kế hoạch cắt và nesting.

==> lựa chọn khổ máy 6m, 12m, 14m hay 26m.

7 cách giảm hao hụt vật liệu khi cắt laser khổ lớn

Nếu cần triển khai nhanh trong nhà máy, bà có thể tóm tắt thành 7 nguyên tắc:

Thứ 1. Chuẩn hóa bản vẽ trước khi nesting: Loại bỏ lỗi hình học, kích thước và các chi tiết không cần thiết.

Thứ 2. Chọn phôi theo nhóm đơn hàng: Không sử dụng tấm quá lớn nếu nhu cầu không cần thiết.

Thứ 3. Nesting nhiều chi tiết cùng vật liệu: Tăng khả năng tận dụng khoảng trống giữa các chi tiết.

Thứ 4. Sử dụng Common Line khi phù hợp: Giảm đường cắt và hạn chế phần vật liệu bị bỏ đi.

Thứ 5. Tối ưu khoảng cách giữa các chi tiết: Đảm bảo đủ điều kiện cắt nhưng không tạo khoảng trống quá lớn.

Thứ 6. Quản lý phôi dư: Đưa các phần còn sử dụng được trở lại kho nguyên liệu.

Thứ 7. Theo dõi tỷ lệ sử dụng vật liệu: Không chỉ đánh giá bằng cảm tính mà nên theo dõi số liệu sau từng kế hoạch cắt.

Tỷ lệ tận dụng vật liệu bao nhiêu là tốt?

Đây là câu hỏi khó đưa ra một con số chung. Một kế hoạch cắt có thể đạt tỷ lệ sử dụng vật liệu rất cao với các chi tiết hình chữ nhật, nhưng thấp hơn với các chi tiết có hình dạng phức tạp. Tỷ lệ này còn phụ thuộc vào:

- Hình dạng sản phẩm.

- Kích thước chi tiết.

- Chiều dày.

- Kích thước tấm.

- Số lượng sản phẩm.

- Yêu cầu hướng vật liệu.

- Khoảng cách cắt.

- Khả năng tận dụng phôi dư.

Do đó, doanh nghiệp không nên đặt mục tiêu cứng kiểu “phải đạt 95% cho mọi tấm thép”. Thay vào đó, nên theo dõi tỷ lệ sử dụng trung bình theo từng nhóm sản phẩm và vật liệu. Sau một thời gian, doanh nghiệp sẽ biết nhóm sản phẩm nào đang tạo ra nhiều phế liệu và cần tối ưu lại cách nesting.

Quy trình tối ưu vật liệu khi cắt laser khổ lớn

Một quy trình đơn giản có thể triển khai như sau:

Bước 1: Phân loại đơn hàng: Gom các chi tiết theo vật liệu, mác thép và chiều dày.

Bước 2: Kiểm tra bản vẽ: Chuẩn hóa kích thước, biên dạng và số lượng.

Bước 3: Xác định nguồn phôi: Kiểm tra kho hiện có trước khi mua thêm vật liệu.

Bước 4: Nesting: Đưa toàn bộ chi tiết vào phần mềm để tạo phương án bố trí.

Bước 5: Kiểm tra phương án: Đánh giá tỷ lệ sử dụng vật liệu, chiều dài đường cắt, số lần piercing và thời gian dự kiến.

Bước 6: Chọn chiến lược cắt: Thiết lập thứ tự cắt, điểm bắt đầu và các thông số phù hợp.

Bước 7: Cắt thử nếu cần: Đặc biệt với vật liệu hoặc chi tiết mới.

Bước 8: Phân loại phôi dư: Đánh dấu những phần còn sử dụng được và đưa vào kho.

Bước 9: Đánh giá sau sản xuất: So sánh lượng vật liệu dự kiến và thực tế để cải thiện kế hoạch cắt cho những lần sau.

Máy cắt laser khổ lớn hỗ trợ gia công các tấm thép có kích thước lớn, mở rộng khả năng tối ưu bố trí phôi.

Máy cắt laser khổ lớn hỗ trợ gia công các tấm thép có kích thước lớn, mở rộng khả năng tối ưu bố trí phôi.

==> Máy cắt laser cho kết cấu thép

Tối ưu vật liệu khi dùng máy cắt laser khổ lớn là sự kết hợp giữa công nghệ máy, phần mềm và cách tổ chức sản xuất. Doanh nghiệp muốn giảm hao hụt thép không nên chỉ tập trung vào việc xếp các chi tiết sát nhau. Hiệu quả cao hơn đến từ một quy trình tổng thể gồm chọn kích thước phôi phù hợp, nesting thông minh, tối ưu khoảng cách, sử dụng Common Line khi phù hợp, lựa chọn thứ tự cắt, quản lý phôi dư và theo dõi tỷ lệ sử dụng vật liệu.

Đối với các nhà máy gia công thép tấm lớn, việc tận dụng tốt từng tấm nguyên liệu có thể giúp giảm lượng thép phế và cải thiện chi phí sản xuất trên mỗi sản phẩm.

==> Đang sử dụng hoặc chuẩn bị đầu tư máy cắt laser khổ lớn? Gửi TDL Laser kích thước phôi, loại thép và bản vẽ chi tiết cần gia công để được tư vấn phương án máy và giải pháp tối ưu vật liệu phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

Máy cắt laser khổ lớn có giúp tiết kiệm vật liệu hơn máy nhỏ không?

=> Không phải cứ máy lớn là tự động tiết kiệm vật liệu hơn. Lợi thế của máy khổ lớn là có thể xử lý các tấm vật liệu lớn và chi tiết dài, từ đó mở rộng khả năng nesting. Mức tiết kiệm thực tế phụ thuộc vào cách bố trí phôi và kế hoạch sản xuất.

Nesting có giúp giảm hao hụt thép khi cắt laser không?

=> Có. Nesting giúp bố trí nhiều chi tiết trên cùng một tấm vật liệu và giảm các khoảng trống không cần thiết. Hiệu quả phụ thuộc vào hình dạng chi tiết, kích thước phôi và thuật toán của phần mềm.

Common Line có thực sự tiết kiệm vật liệu không?

=> Có thể. Common Line cho phép các chi tiết phù hợp dùng chung một đường cắt, từ đó giảm chiều dài đường cắt và có thể giảm phần vật liệu trung gian. Tuy nhiên cần kiểm tra điều kiện công nghệ trước khi áp dụng.

Phôi thép dư sau khi cắt laser có nên giữ lại không?

=> Nên giữ lại nếu phần phôi còn đủ kích thước và có khả năng sử dụng cho các chi tiết khác. Cần quản lý theo loại thép, chiều dày và kích thước để tránh tồn kho phôi dư nhưng không sử dụng được.

Làm sao biết một phương án nesting có tốt hay không?

=> Không nên chỉ nhìn vào tỷ lệ sử dụng vật liệu. Nên đánh giá đồng thời tỷ lệ tận dụng phôi, diện tích phế, chiều dài đường cắt, số lần piercing, thời gian gia công và khả năng tái sử dụng phần vật liệu còn lại.

Các bài viết khác