บทนำเกี่ยวกับการตัดด้วยเลเซอร์

การตัดด้วยเลเซอร์เป็นวิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในการผลิต เดิมทีมีจุดประสงค์เพื่อเจาะรูในแม่พิมพ์เพชร การตัดด้วยเลเซอร์ได้พัฒนามาไกลและปัจจุบันถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดวิธีหนึ่งในการตัดวัสดุและสร้างผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เทคโนโลยีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันต่างๆ ตั้งแต่ผู้ผลิตในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ไปจนถึงโรงเรียนและผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรก

บทความนี้จะอธิบายเกี่ยวกับการตัดด้วยเลเซอร์ทั้งหมด รวมถึงว่าการตัดด้วยเลเซอร์คืออะไรและทำงานอย่างไร ประเภทต่างๆ คุณสมบัติ และการประยุกต์ใช้งานของการตัดด้วยเลเซอร์ ตลอดจนแนวโน้มในอนาคตของเครื่องจักรสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์

มันคืออะไร

การตัดด้วยเลเซอร์คือกระบวนการใช้ลำแสงเลเซอร์กำลังสูงในการฉายรังสีไปยังวัสดุ โดยทั่วไป เลเซอร์จะใช้ร่วมกับระบบควบคุมการเคลื่อนที่ ซึ่งจะกำหนดว่าเลเซอร์จะเคลื่อนที่ไปบนวัสดุอย่างไร การตัดด้วยเลเซอร์ไม่เพียงแต่ใช้ในงานอุตสาหกรรม เช่น การประดิษฐ์โลหะเท่านั้น แต่ยังใช้ในงานศิลปะ เช่น การแกะสลักและการกัดกรดด้วย

วิธีการทำงาน

เลเซอร์ใช้พลังงานจากอิเล็กตรอนเพื่อสร้างแสงที่มีอุณหภูมิสูงและเข้มข้น หรือเรียกอีกอย่างว่าลำแสงเลเซอร์ เมื่อสัมผัสกับวัสดุ ลำแสงเลเซอร์จะหลอมละลายพื้นผิวอย่างรวดเร็วจนเกิดเป็นรู จากจุดสัมผัสเริ่มต้น เลเซอร์จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ตั้งโปรแกรมไว้ ซึ่งจะตัดวัสดุทั้งหมดหรือสร้างเอฟเฟกต์ตามต้องการ ในเวลาเดียวกัน วัสดุที่หลอมละลายจะถูกพัดออกไปด้วยกระแสลมความเร็วสูง 

การตัดด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการตัดด้วยความร้อนซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะให้การตัดที่ราบรื่นด้วยคุณภาพที่ยอดเยี่ยม ความแม่นยำสูง และวัสดุที่สูญเสียน้อยที่สุด เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการตัดแบบดั้งเดิม การตัดด้วยเลเซอร์จะสร้างรอยแยกที่แคบกว่า ซึ่งช่วยให้คุณประหยัดวัสดุได้มากขึ้น 

ประเภทของการตัดด้วยเลเซอร์

การตัดด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท ได้แก่ การระเหยด้วยเลเซอร์ การหลอมด้วยเลเซอร์ การเผาด้วยเลเซอร์₂ การตัดด้วยเลเซอร์ และการขีดเขียนด้วยเลเซอร์พร้อมการแตกหักแบบควบคุม

1. การระเหยด้วยเลเซอร์ 

การระเหยด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงในการให้ความร้อนกับวัสดุ เมื่อสัมผัสกัน อุณหภูมิของวัสดุจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วถึงจุดเดือด และวัสดุจะเริ่มระเหยเป็นไอ เมื่อไอเหล่านี้ถูกขับออกอย่างรวดเร็ว วัสดุก็จะเกิดรอยตัด 

การตัดด้วยเลเซอร์ประเภทนี้ต้องใช้พลังงานและความหนาแน่นของพลังงานจำนวนมาก และส่วนใหญ่ใช้ในการตัดวัสดุโลหะที่มีความบางมากและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น กระดาษ ผ้า ไม้ พลาสติก และยาง

2. การหลอมด้วยเลเซอร์

การหลอมด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ในการให้ความร้อนวัสดุอย่างรวดเร็วและใช้ก๊าซที่ไม่เป็นออกซิไดซ์ (เช่น Ar, He, N เป็นต้น) เพื่อปลดปล่อยวัสดุที่หลอมละลาย ก๊าซที่ไม่เป็นออกซิไดซ์จะถูกพ่นผ่านหัวฉีดด้วยแรงดันสูงพร้อมกับลำแสง ซึ่งช่วยให้วัสดุสามารถปลดปล่อยได้ทันทีเมื่อสัมผัสกับลำแสง

การหลอมด้วยเลเซอร์ไม่ได้ทำให้โลหะระเหยไปหมด และต้องใช้พลังงานเพียง 1/10 ของพลังงานที่ใช้ในการทำให้ระเหยด้วยเลเซอร์ การตัดด้วยเลเซอร์ประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้ในการตัดวัสดุที่ไม่ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย หรือโลหะที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น สแตนเลส ไททาเนียม อลูมิเนียม และโลหะผสมของโลหะเหล่านี้

3 ₂ ตัดด้วยเลเซอร์

O₂ การตัดด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ในการให้ความร้อนกับวัสดุอย่างรวดเร็วและ O₂ก๊าซออกซิไดซ์ เพื่อระบายวัสดุที่หลอมละลาย ใน O₂ การตัดด้วยเลเซอร์ ก๊าซออกซิไดซ์จะทำปฏิกิริยากับวัสดุเพื่อก่อให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันซึ่งปล่อยความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก จากนั้นออกไซด์หลอมเหลวและวัสดุที่หลอมละลายจะถูกเป่าออกจากโซนปฏิกิริยา ส่งผลให้วัสดุถูกตัด ในเรื่องนี้ O₂ การตัดด้วยเลเซอร์จะคล้ายกับการตัดด้วยออกซีอะเซทิลีน

เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชันในกระบวนการตัดจะสร้างความร้อนจำนวนมาก พลังงานที่จำเป็นสำหรับการตัดด้วยออกซิเจนด้วยเลเซอร์จึงมีเพียงครึ่งเดียวของพลังงานที่จำเป็นสำหรับการหลอมด้วยเลเซอร์ และความเร็วในการตัดจะสูงกว่าการระเหยด้วยเลเซอร์และการหลอมด้วยเลเซอร์อย่างมาก 

O₂ การตัดด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่ใช้กับวัสดุโลหะที่สามารถออกซิไดซ์ได้ง่าย เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กไททาเนียม และเหล็กผ่านการอบชุบด้วยความร้อน

4. การขีดเขียนด้วยเลเซอร์พร้อมการแตกที่ควบคุมได้

การขีดเส้นด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงในการสแกนพื้นผิวของวัสดุโลหะเพื่อสร้างร่องเล็กๆ หลายชุด ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า "เส้นขีด" จากนั้นจึงใช้แรงกดที่ควบคุมได้จำนวนหนึ่งลงบนพื้นผิว ส่งผลให้วัสดุแตกร้าวตามเส้นขีด 

การแกะสลักด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ไฟ LED และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ต้องการการควบคุมอย่างละเอียดและความแม่นยำระดับจุลภาค ดังนั้น เลเซอร์ที่ใช้ในการแกะสลักด้วยเลเซอร์โดยทั่วไปคือเลเซอร์ Q-switched และ CO₂ เลเซอร์

คุณสมบัติ

เมื่อเทียบกับวิธีการตัดด้วยความร้อนแบบอื่น การตัดด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการโดยรวมที่เร็วกว่าและให้คุณภาพการตัดที่เหนือกว่า การตัดด้วยเลเซอร์มีข้อดีดังต่อไปนี้:

1. คุณภาพการตัดที่เหนือกว่า: เนื่องจากความหนาแน่นพลังงานสูงและความแม่นยำของจุดสัมผัสเลเซอร์ การตัดด้วยเลเซอร์จึงให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า

ก. การตัดด้วยเลเซอร์ทำให้ได้รอยตัดที่แคบมาก ความกว้างของรอยตัดที่ได้จากการตัดด้วยเลเซอร์น้อยกว่า 0.001 นิ้ว และความแม่นยำของขนาดมีความแม่นยำเป็นพิเศษที่ประมาณ ± 0.0005 นิ้ว

ข. การตัดด้วยเลเซอร์ทำให้เกิดขอบที่เรียบเนียนเป็นพิเศษ ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตได้ โดยไม่ต้องใช้การประมวลผลทางกลเพิ่มเติมใดๆ

c. การตัดด้วยเลเซอร์ทำให้ชิ้นงานเกิดการเสียรูปน้อยมากและแทบไม่ส่งผลกระทบต่อวัสดุใกล้จุดที่ตัด นอกจากนี้ รูปร่างของช่องยังเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าอย่างสม่ำเสมอ

2. ประสิทธิภาพการตัดสูง: กระบวนการตัดเลเซอร์ทั้งหมดสามารถควบคุมด้วย CNC ได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่ต้องลงมือปฏิบัติจริง ในระหว่างการดำเนินการตัดเลเซอร์ ผู้ใช้จะต้องกำหนดค่าระบบควบคุมการเคลื่อนที่เท่านั้น การกำหนดค่าสามารถนำไปใช้กับรูปร่างต่างๆ ได้ นอกจากนี้ เครื่องตัดเลเซอร์สามารถติดตั้งโต๊ะทำงาน CNC ได้หลายตัว ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมากเมื่อทำงานกับชิ้นงานขนาดใหญ่หรือหลายชิ้น

3. ความเร็วในการตัดที่รวดเร็ว: เลเซอร์ที่มีกำลัง 1200 วัตต์สามารถตัดแผ่นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำหนา 600 มม. ได้ด้วยความเร็ว 2 ซม./นาที ส่วนเลเซอร์ที่มีกำลังเท่ากันสามารถตัดแผ่นเรซินโพลีโพรพีลีนหนา 1200 มม. ได้ด้วยความเร็ว 5 ซม./นาที ไม่จำเป็นต้องยึดหรือตรึงวัสดุระหว่างกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ จึงช่วยป้องกันความเสียหายของเครื่องมือที่ใช้และลดเวลาที่จำเป็นในการโหลดและขนถ่ายชิ้นงาน

4. การตัดด้วยเลเซอร์แบบไร้สัมผัส: หัวตัดไม่มีการสัมผัสใดๆ กับชิ้นงาน ซึ่งช่วยให้เครื่องมือที่ใช้เกิดการสึกหรอเป็นศูนย์หรือน้อยที่สุด นอกจากนี้ ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเครื่องมือใดๆ เพื่อประมวลผลชิ้นส่วนและรูปร่างต่างๆ ผู้ใช้เพียงแค่เปลี่ยนพารามิเตอร์เอาต์พุตของเลเซอร์ กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ยังทำให้เกิดเสียงรบกวนต่ำ การสั่นสะเทือนเล็กน้อย และไม่มีมลพิษ

5. ขอบเขตการใช้งานที่กว้าง: เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดด้วยออกซีอะเซทิลีนและการตัดด้วยพลาสม่า การตัดด้วยเลเซอร์เหมาะสำหรับวัสดุหลากหลายประเภท เช่น โลหะและอโลหะ ตลอดจนวัสดุคอมโพสิตที่มีโลหะและอโลหะเป็นส่วนประกอบ วัสดุแต่ละประเภทมีความเหมาะสมในการตัดด้วยเลเซอร์แตกต่างกันเนื่องจากคุณสมบัติทางเทอร์โมฟิสิกส์ที่แตกต่างกัน

การใช้งาน

เครื่องตัดเลเซอร์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันควบคุมด้วยโปรแกรม CNC หรือสร้างเป็นหุ่นยนต์อัตโนมัติ ดังนั้น การตัดด้วยเลเซอร์จึงเหมาะกับวัสดุเกือบทุกประเภทเพื่อสร้างรูปทรงต่างๆ ทั้งแบบสองมิติและสามมิติ

ในด้านการผลิตยานยนต์ การตัดด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการตัดส่วนโค้งที่ซับซ้อน เช่น แผ่นตัวถัง ฝากระโปรง หลังคา กระจกรถยนต์ ท่อ ส่วนประกอบของถุงลมนิรภัย และชิ้นส่วนอื่นๆ อีกมากมาย ในด้านการบินและอวกาศ เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้ในการตัดชิ้นส่วนเครื่องบินพิเศษ เช่น ท่อเปลวไฟเครื่องยนต์ โครงเครื่องบิน แผงปีกท้าย ใบพัดเฮลิคอปเตอร์ และอื่นๆ อีกมากมาย

เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ การตัดด้วยเลเซอร์ไม่เพียงแต่ใช้ได้กับวัสดุที่มีความแข็งและเปราะบางสูง เช่น ซิลิกอนไนไตรด์ เซรามิก และควอตซ์เท่านั้น แต่ยังใช้ได้กับวัสดุที่มีความยืดหยุ่น เช่น ผ้า กระดาษ แผ่นพลาสติก และยางอีกด้วย 

แนวโน้มในอนาคต

1. การตัดด้วยเลเซอร์จะยังคงผลักดันการปฏิวัติอุตสาหกรรมให้ก้าวไปข้างหน้า

การตัดด้วยเลเซอร์นำมาซึ่งประโยชน์ทางเศรษฐกิจมากมายแก่ผู้ผลิตทั้งรายใหม่และรายเก่า ส่วนประกอบหลักซึ่งก็คือแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์เป็นส่วนประกอบสำคัญที่มีผลต่อความสามารถในการตัดของเครื่องตัดด้วยเลเซอร์

ในช่วง 40 ปีที่ผ่านมานับตั้งแต่ จุดเริ่มต้นของเครื่องตัดเลเซอร์การพัฒนาเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์คือการแทนที่เครื่องตัดเลเซอร์ CO2 ด้วยการตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ 

หากถามว่าจะมีแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์แบบใหม่ที่มีราคาถูกกว่าเลเซอร์ไฟเบอร์ มีประสิทธิภาพดีกว่า และให้ลำแสงที่ละเอียดกว่าหรือไม่ คำตอบคือมีแน่นอน แต่หากถามว่าจะเป็นเลเซอร์ประเภทใด คงไม่สามารถให้คำตอบที่ถูกต้องได้ในตอนนี้ ไม่ต้องบอกก็รู้ว่าแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์จะมีการพัฒนามากมายในอนาคต

2. เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงจะกลายเป็นกำลังหลักในตลาดเครื่องตัดเลเซอร์

เครื่องตัดไฟเบอร์ออปติกที่มีกำลังตัดต่างกันได้นำยุคสมัยอันยิ่งใหญ่ของการผลิตมาสู่ยุคใหม่ เครื่องตัดเลเซอร์เหล่านี้มีรูปร่างและขนาดที่แตกต่างกัน โดยแต่ละเครื่องมีการใช้งานที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม หากคุณคิดว่าเครื่องตัดเลเซอร์ประเภทใดที่จะถูกใช้งานแพร่หลายที่สุดในทุกภาคส่วนในอนาคต เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงถือเป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยที่สุด

เครื่องจักรเหล่านี้นำพลังงานที่สูงขึ้น ความแม่นยำที่สูงขึ้น และความสามารถในการตัดที่มากขึ้นมาสู่เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ และจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อตลาดการตัดด้วยเลเซอร์ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม นักวิชาการ และผู้ใช้ได้กล่าวไว้

ดังนั้นผู้ผลิตเครื่องตัดเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงจำนวนมากจึงมุ่งมั่นที่จะนำการแข่งขันในตลาดที่ดุเดือดมาสู่ผู้บริโภคในที่สุด ซึ่งจะช่วยผลักดันให้การควบคุมคุณภาพและมาตรฐานการผลิตก้าวหน้าขึ้นในอนาคตอันใกล้ ซึ่งมีเพียงบริษัทที่มีคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ยอดเยี่ยม มุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีหลักที่แข่งขันได้เท่านั้นที่จะสามารถครองตำแหน่งสูงสุดได้

3.ยุคแห่งความฉลาดกำลังมาถึง

การพัฒนาด้านเทคโนโลยีทั่วโลก เช่น "อุตสาหกรรม 4.0" ของเยอรมนี และการนำโรงงานอัจฉริยะมาใช้มากขึ้นของจีน ล้วนเป็นสัญญาณบ่งชี้ที่ชัดเจนถึงสิ่งหนึ่ง นั่นคือ การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สี่กำลังมาถึง และด้วยเหตุนี้ ยุคแห่งการผลิตอัจฉริยะจึงจะมาถึงอุตสาหกรรมการตัดด้วยเลเซอร์ ซึ่งรวมถึงการผสานเทคโนโลยีเครือข่าย เทคโนโลยีการสื่อสาร และซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์เข้ากับเครื่องตัดด้วยเลเซอร์ CNC ที่มีความแม่นยำสูง 

สอดคล้องกับเรื่องนี้ การพัฒนาเครื่องตัดเลเซอร์อัตโนมัติได้ปรับปรุงกำลังการผลิตและระบบอัตโนมัติของโรงงานแผ่นโลหะได้อย่างมาก เครื่องตัดเลเซอร์จะใช้ความสามารถในการสื่อสารเครือข่ายแบบโฮมเมดเพื่อสื่อสารกับเครื่องจักรต่างๆ ในโรงงานแผ่นโลหะอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ไม่ว่าจะเป็นสายการผลิตแผ่นโลหะ เครื่องดัด เครื่องเจาะ CNC หน่วยเชื่อม (ย้ำหมุด) เครื่องพ่นทราย และสายการผลิตเคลือบ เพื่อความแม่นยำ

อุปกรณ์อื่นๆ ที่ฝังอยู่ในแผนการผลิตแบบรวม ระบบการจัดการงาน และการประเมินจะกลายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดการเวิร์กช็อปแผ่นโลหะด้วยเช่นกัน เป็นผลให้มีอุปกรณ์จำนวนมาก เครื่องตัดเลเซอร์ ในอนาคตผู้ผลิตจะค่อยๆ ปรับเปลี่ยนมาเป็นผู้รับเหมาผลิตแผ่นโลหะ

ที่มาจาก สไตล์ซีเอ็นซีดอทคอม

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: ข้อมูลที่ระบุไว้ข้างต้นจัดทำโดย stylecnc ซึ่งเป็นอิสระจาก Chovm.com Chovm.com ไม่รับรองหรือรับประกันคุณภาพและความน่าเชื่อถือของผู้ขายและผลิตภัณฑ์