เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคนิค ผู้คนจึงพัฒนาวิธีการตัดที่หลากหลายมากขึ้น พวกเขาต้องการผลประโยชน์และผลผลิตในธุรกิจของพวกเขา ไม่มีใครขัดขวางคุณจากการเป็นนักธุรกิจที่มั่งคั่งได้ ถ้าคุณสามารถประหยัดทั้งเวลาและเงินในสายการผลิตของคุณ ในช่วงต้นปี 2021 อุปกรณ์ตัดเฉพาะทางจำนวนมาก เช่น เครื่องจักร CNC (การเจาะ การกัด เลเซอร์ การกำหนดเส้นทาง) การเจียร การขัด และอื่นๆ ได้เข้าสู่ตลาดของเรา ในบรรดาตัวเลือกเหล่านี้ เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์เป็นหนึ่งในบริการที่มีความต้องการมากที่สุดในโลกในปัจจุบัน เครื่องเลเซอร์เหล่านี้สามารถตัดวัสดุได้เกือบทุกชนิดตามกำลังเอาต์พุต นอกจากนี้ การตัดด้วยเลเซอร์ยังเร็วกว่าและคุ้มค่ากว่าเครื่องแกะสลักอื่นๆ ดังนั้นเราจึงนำบทความนี้เกี่ยวกับเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ที่น่าทึ่งมาให้คุณเพื่อสร้างการวิจัยที่ดีขึ้น
ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์
LASER หรือการขยายแสงโดยการปล่อยรังสีกระตุ้นเป็นอุปกรณ์ที่ปล่อยแสงโดยการขยายแสงผ่านกระบวนการทางแสงบนการปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกกระตุ้น การใช้กระบวนการเหล่านี้ นักอุตสาหกรรมกำลังสร้างเครื่องมือเลเซอร์จำนวนมากสำหรับโรงงานต่างๆ ดังนั้น เครื่องแกะสลักเลเซอร์จะขยายลำแสงเลเซอร์กำลังสูงในช่วงที่สามารถตัด หลอม หรือเผาแผ่นวัสดุได้ ตามข้อกำหนดการออกแบบ กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์จะโฟกัสลำแสงไปที่จุดเฉพาะเพื่อตัดและกัดวัสดุแผ่น เครื่องแกะสลักด้วยเลเซอร์สามารถตัดวัสดุแข็งหลายชนิดโดยใช้เทคโนโลยีนี้ เช่น โลหะ ไม้ อะคริลิก พลาสติก เป็นต้น ดังนั้น อุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์จึงสามารถสร้างชิ้นส่วนและกลไกที่ซับซ้อนได้
ในทางกลับกัน กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ไม่ได้มีไว้สำหรับการทำงานของมนุษย์ อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขของคอมพิวเตอร์ควบคุมการทำงานของปืนเลเซอร์ในทิศทางที่กำหนด ในห้องภายในมีทางเข้าก๊าซเลเซอร์และเลนส์ขยายแสง ลำแสงเลเซอร์ที่ถูกกระตุ้นจะตกกระทบกับพื้นผิวของโลหะ เผาเฉพาะจุดที่ถูกกระทบ ด้วยวิธีนี้ลำแสงที่ถูกกระตุ้นจะค่อย ๆ ละลายความหนาของวัสดุแผ่น
การจัดการ CNC นั้นคล้ายกับเครื่องจักรที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์อื่นๆ อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ภาษาเครื่องที่เรียกว่าโปรแกรม CNC ซึ่งควบคุมความเร็วของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ โดยปกติแล้ว เครื่อง CNC ส่วนใหญ่จะเป็นแบบสองมิติ ดังนั้น ปืนตัดจึงต้องการแกนที่แตกต่างกันสองแกนสำหรับทิศทาง X และ Y ในอุปกรณ์ตัดเลเซอร์ CNC ปืนเลเซอร์ไม่จำเป็นต้องเคลื่อนที่บนแกน Z เนื่องจากลำแสงที่ฉายจะกระทบกับพื้นผิวของวัสดุเท่าๆ กัน ในกรณีนี้ มีบางกรณีพิเศษที่มีการเคลื่อนไหวด้วยเลเซอร์สามมิติ
วิธีการตัดด้วยเลเซอร์ยอดนิยม
อุปกรณ์ตัดเลเซอร์อาจแตกต่างกันไปตามแหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่ยังคงหลักการทำงานเหมือนกัน อย่างแรกคือเครื่องตัดเลเซอร์ CNC CO2 ซึ่งใช้ก๊าซ CO2 ที่ผสมกับลำแสงเลเซอร์ ในกรณีนี้ มีก๊าซอื่นๆ เช่น ไนโตรเจน ฮีเลียม ซีนอน และไฮโดรเจน ประการที่สองคือเครื่องตัดเลเซอร์คริสตัล CNC เครื่องตัดเลเซอร์ชนิดนี้ใช้คริสตัลในการปล่อยเลเซอร์ไฟฟ้า ประการที่สามคือเครื่องตัดไฟเบอร์เลเซอร์ CNC เครื่องตัดเลเซอร์ชนิดนี้ใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพื่อส่งลำแสงเลเซอร์ไปยังปืนเลเซอร์
อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ตัดเลเซอร์เหล่านี้ นักอุตสาหกรรมได้จำแนกวิธีการตัดด้วยเลเซอร์ที่แตกต่างกัน อ่านต่อไป; เราจะกล่าวถึงพวกเขาเป็นบทสรุป
การตัดฟิวชั่น
โดยปกติแล้ว แท่นตัดเลเซอร์จะมี XNUMX ขั้นที่แตกต่างกัน คือ ขั้นบนและขั้นล่าง ปืนเลเซอร์จะหลอมละลายเฉพาะบางส่วนในระหว่างวิธีการตัดฟิวชัน และกระแสลมจะขับวัสดุที่หลอมเหลวออกไปยังส่วนล่างของเวที ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในสถานะของเหลว กระบวนการนี้จึงมีชื่อเสียงในฐานะวิธีการตัดฟิวชัน อย่างไรก็ตาม ในระหว่างขั้นตอนนี้ ก๊าซเฉื่อยที่มีความบริสุทธิ์สูงจะมาพร้อมกับลำแสงเลเซอร์ทำให้วัสดุที่หลอมละลายหลุดออกจากเวที ที่นี่ก๊าซเฉื่อยไม่มีส่วนร่วมในการตัด ในกรณีนี้ พลังงานเลเซอร์ภายใต้ระดับเฉพาะที่ความกดอากาศเป็นปัจจัยจำกัดที่ระยะและการนำความร้อน
คว่ำและลง
- การตัดฟิวชั่นทำได้เร็วกว่าวิธีแก๊สซิฟิเคชัน
- ในวิธีนี้ วัสดุจะดูดซับเฉพาะลำแสงเลเซอร์เท่านั้น
- การตัดด้วยเลเซอร์ฟิวชั่นต้องการพลังงานสูงในการแกะสลักโลหะ เช่น เหล็กต้องการ 104-105 W/ cm2 ในกรณีนี้ ความเร็วตัดสูงสุดจะขึ้นอยู่กับกำลังเลเซอร์สูงสุด หากกำลังเลเซอร์เพิ่มขึ้น ความเร็วในการตัดจะเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน
- ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับเหล็ก เหล็กกล้า และไททาเนียม
การตัดไอระเหย
ในระหว่างกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊ส อุณหภูมิบนพื้นผิวจะสูงขึ้นถึงจุดเดือดอย่างรวดเร็วจนไม่สามารถหลีกเลี่ยงสถานะหลอมละลายของวัสดุได้ วัสดุบางอย่างจะระเหยเป็นไอน้ำในเวลานี้ และก๊าซเสริมจะพัดออกไปโดยก๊าซเฉื่อยบางชนิดที่ใช้สำหรับเครื่องตัดเลเซอร์แบบใช้แก๊ส กระบวนการของการกลายเป็นไอนี้เรียกว่ากระบวนการตัดการกลายเป็นไอ อย่างไรก็ตาม วัตถุดิบต้องไม่เกินความหนาที่ต้องการมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์
ด้านบนและด้านล่าง
- การตัดแบบระเหยต้องใช้พลังงานเลเซอร์สูงกว่าการตัดแบบฟิวชันเพื่อให้ถึงจุดเดือดในทันที กำลังเลเซอร์ของกระบวนการนี้ต้องเกิน 18W / cm2 ขึ้นอยู่กับวัสดุ ระยะกินลึก และตำแหน่งโฟกัส
- วิธีนี้ไม่เหมาะสำหรับผู้ที่ไม่มีจุดหลอมเหลว เช่น ไม้และเซรามิกบางชนิด กระบวนการกลายเป็นไอใช้สำหรับพื้นที่ขนาดเล็กเท่านั้น เช่น โลหะผสมเหล็ก
- วัสดุที่ใช้สำหรับกระบวนการกลายเป็นไอต้องมีแผลที่หนาขึ้น
- พลังงานเลเซอร์และการกลายเป็นไอมีผลเฉพาะกับตำแหน่งโฟกัส
การตัดแบบควบคุมการแตกหัก
หากคุณทำตามขั้นตอนการตัดด้วยเลเซอร์แบบเดียวกัน การตัดวัสดุที่เปราะบางอาจทำงานได้ไม่สมบูรณ์ ในกรณีนี้ วัสดุประเภทนี้ต้องการความเสียหายจากความร้อนด้วยความเร็วสูงด้วยการตัดการแตกหักที่ควบคุมได้ผ่านลำแสงเลเซอร์ ซึ่งเรียกว่าการตัดแบบควบคุมการแตกหัก ในกระบวนการนี้ พลังงานเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจะสร้างความเครียดเชิงกลทำให้วัสดุแยกออกจากกันตามเส้นทางของลำแสงเลเซอร์ การแยกวัสดุนี้สามารถควบคุมการเจริญเติบโตของการแตกหักและคล้ายกับการแตกร้าวที่ขยายออก
อย่างไรก็ตาม ในระหว่างวิธีการตัดแบบควบคุมการแตกหัก ลำแสงเลเซอร์ที่กระทบกับพื้นที่เล็กๆ ของวัสดุที่เปราะทำให้เกิดการไล่ระดับความร้อนขนาดใหญ่และการเสียรูปทางกลที่สำคัญในบริเวณนั้น ซึ่งเป็นผลมาจากการแตกร้าวของวัสดุ
ด้านบนและด้านล่าง
- เมื่อใช้ซอฟต์แวร์ ANSYS หรือเวอร์ชันอื่น เราสามารถรับการกระจายความเครียดและอุณหภูมิได้อย่างรวดเร็ว
- กระบวนการนี้ต้องใช้พลังงานเลเซอร์สูง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทวัสดุที่เปราะบาง
- การไล่ระดับความร้อนที่สมดุลสามารถนำทางรอยร้าวไปในทิศทางใดก็ได้ที่ต้องการ
ออกซิเดชั่นละลายกลายเป็นไอ
ก๊าซออกซิเจนหรือก๊าซปฏิกิริยาอื่นๆ เหมาะสำหรับวิธีการตัดนี้ หลังจากห้องแม่เหล็กไฟฟ้า ลำแสงขยายจะกระทบพื้นผิวของวัสดุผ่านสภาพแวดล้อมของก๊าซที่เกิดปฏิกิริยา ในขณะนี้ ลำแสงขยายจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับออกซิเจนหรือก๊าซปฏิกิริยาอื่นๆ ทำให้เกิดแหล่งความร้อนที่สูงขึ้นอย่างโกรธเกรี้ยว กระบวนการตอบสนองและวิธีการตัดนี้เรียกว่าการหลอมละลายออกซิเดชัน-การกลายเป็นไอ โหมดพัลส์จะจำกัดเอฟเฟกต์ความร้อน และพลังงานเลเซอร์จะกำหนดความเร็วในการตัด
ด้านบนและด้านล่าง
- ความเร็วในการตัดของเหล็กโครงสร้างที่มีความหนาเท่ากันเร็วกว่าการตัดแบบฟิวชันเนื่องจากวิธีการหลอมไอด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน
- การระเหยกลายเป็นไอด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันจะทำให้ได้รอยตัดที่กว้าง มีความหยาบสิทธิบัตร บริเวณที่มีผลกระทบจากความร้อนเป็นรอย และคุณภาพของคมตัดแย่ลง
- วิธีการตัดนี้ไม่เหมาะสำหรับการตัดเฉือนโมเดลที่มีความแม่นยำ เนื่องจากมุมที่แหลมคมอาจเสี่ยงต่อการไหม้ได้
นี่เป็นวิธีการตัดด้วยเลเซอร์ที่ใช้บ่อยที่สุดในปัจจุบัน ผู้ปฏิบัติงานสามารถตัดสินใจเลือกแผนการตัดตามกำลังของอุปกรณ์ตัด ความสามารถในการวิเคราะห์ ความต้องการในการประมวลผล และส่วนประกอบของวัสดุ ในกรณีนี้ คุณภาพของวัสดุเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่ต้องพิจารณา หากวัสดุมีสิ่งเจือปนต่างกันอาจมีจุดหลอมเหลวหรือจุดเดือดสูงกว่า ในกรณีนี้ เครื่องตัดเลเซอร์ต้องใช้ลำแสงเลเซอร์กำลังสูงเพื่อเจาะวัสดุเหล่านี้
วัสดุตัดด้วยเลเซอร์
พร้อมที่จะเริ่มลองใช้เครื่องแกะสลักเลเซอร์ของคุณหรือยัง ขั้นแรก คุณจะต้องรวบรวมอุปกรณ์ที่จำเป็นทั้งหมดเพื่อใช้ โดยปกติแล้ว ลำแสงเลเซอร์สามารถเจาะทะลุวัสดุได้เกือบทุกชนิด แต่คุณจำเป็นต้องทราบเกี่ยวกับกำลังไฟที่กำหนดให้ดียิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม ลองใช้เครื่องแกะสลักเลเซอร์ของคุณกับวัสดุหลายประเภทที่กล่าวถึงด้านล่างเพื่อดูว่าทำงานอย่างไร ในกรณีนี้ คุณควรตรวจสอบข้อมูลจำเพาะของเครื่องของคุณ ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว คุณต้องกำหนดวัสดุเลเซอร์โดยขึ้นอยู่กับกำลังของเลเซอร์ สิ่งสำคัญอีกประการที่คุณควรพิจารณาก็คือ วัสดุที่แตกต่างกันอาจปล่อยควันต่างๆ ออกมา ดังนั้นจึงควรแน่ใจว่ามีพื้นที่ระบายอากาศที่ดีเพื่อความปลอดภัย
- ไม้: หนึ่งในวัสดุที่ใช้ตัดด้วยเลเซอร์ที่พบมากที่สุดคือไม้ ผู้เริ่มต้นและมืออาชีพมักใช้เครื่องตัดเลเซอร์สำหรับไม้เพื่อตัดชิ้นส่วนเพื่อประกอบ แกะสลักของขวัญ และแกะสลักการออกแบบที่ซับซ้อนในแผ่นไม้
- พลาสติกและอะคริลิก: ป้าย จิวเวลรี่ ของตกแต่ง ศิลปะบนฝาผนัง และอื่นๆ อีกมากมาย เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมในการสร้างสรรค์จากวัสดุพลาสติกและอะคริลิก คุณยังสามารถใช้ลูกแก้ว ลูกแก้วสีฉูดฉาด อะคริลิกมาตรฐาน เพื่อสร้างงานศิลปะสไตล์กระจกสีที่สวยงาม มีหลายความหนาเช่นเดียวกับไม้
- โฟม: การสร้างเม็ดมีดและซีลโฟมเป็นสิ่งที่ดีที่สุดสำหรับโครงการของเด็กๆ เพื่อสร้างความสนุกสนาน ปริศนาที่กำหนดเอง คุณสามารถใช้เครื่องตัดเลเซอร์เพื่อตัดชิ้นส่วนโฟมหนา แม้ว่าจะไม่เหมือนกับวัสดุอื่นๆ สำหรับโครงการบ้าน แต่ก็ยังเป็นทางเลือกที่เหมาะสมในการพิจารณา
- แผ่นโลหะ: การตัดแผ่นโลหะบนเครื่องแกะสลักด้วยเลเซอร์ค่อนข้างยุ่งยาก แรงดึงดูดโมเลกุลภายในโลหะนั้นสูงกว่าไม้หรืออะคริลิกมาก ดังนั้น ในการละลายขอบแผ่นโลหะ เราจำเป็นต้องจัดหาแหล่งเลเซอร์กำลังสูง
- หนัง: หลังจากที่คุณฝึกฝนเครื่องตัดเลเซอร์มาพอสมควรแล้ว คุณอาจลองใช้เครื่องหนังดู แม้ว่าจะเป็นวัสดุราคาแพงก็ตาม อย่างไรก็ตาม คุณสามารถสร้างกระเป๋าสตางค์ เข็มขัด กระเป๋า กำไลเครื่องประดับ และงานศิลปะได้
- กระดาษแข็ง: หนึ่งในวัสดุสำหรับเครื่องตัดเลเซอร์ที่คุ้มค่าที่สุดคือกระดาษแข็ง นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในโปรแกรมที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้มากที่สุด คุณสามารถทำอะไรก็ได้ตั้งแต่นามบัตรที่สะดุดตาไปจนถึงชิ้นส่วนสร้างโมเดล
มีวัสดุไม่มากนักที่คุณไม่สามารถใช้โดยทั่วไปได้ หากคุณกำลังแกะสลัก คุณควรอยู่ห่างจากแก้ว ไม่แนะนำให้ใช้เนื้อหาที่มีคลอรีน เช่น ไวนิลหรือพีวีซี
ข้อดีและข้อเสียของเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์
วิศวกรชอบบริการแกะสลักด้วยเลเซอร์เพราะมีข้อดี ประโยชน์ที่สำคัญของเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์: ความยืดหยุ่น, การตัดที่แม่นยำ, ความสามารถในการทำซ้ำ, ความเร็ว, ความคุ้มค่า, ไร้สัมผัส, ความสามารถรอบด้าน, ความเป็นไปได้ของการทำงานอัตโนมัติ, คุณภาพที่ดีเยี่ยม ฯลฯ
- ในสายการผลิต การตัดด้วยเลเซอร์นั้นง่ายต่อการรวมเข้าด้วยกัน
- เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์นำเสนอการตัดวัสดุที่หลากหลาย
- มีอิสระในการออกแบบตั้งแต่ขนาด 1.5 x 1.5 ซม. ถึง 94 x 94 ซม.
- เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่เชื่อถือได้ และให้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันเสมอ
- มีตัวเลือกการแกะสลักที่แตกต่างกัน
- มีความสามารถในการตัดการออกแบบที่มีความซับซ้อนสูง
ข้อเสียของเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์มีดังนี้:
- เครื่องตัดเลเซอร์กำลังสูงต้องการผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์
- เครื่องตัดเลเซอร์เฉพาะไม่สามารถตัดความหนาของโลหะได้ทุกประเภท ในกรณีนี้ ความหนาของโลหะที่แตกต่างกันต้องใช้เครื่องตัดเลเซอร์แบบอื่น
- วิธีการตัดด้วยความร้อนทำให้เกิดควันอันตราย ดังนั้นให้แน่ใจว่ามีการระบายอากาศที่ดีขึ้นในห้อง
เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์หรือไม่?
เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์อาจเป็นอันตรายได้หากคุณลืมปฏิบัติตามข้อควรระวังที่จำเป็นระหว่างและหลังการผ่าตัด เครื่องตัดเลเซอร์ย่อมมีความเสี่ยงบางอย่าง เช่น ควันพิษ ไฟไหม้ และการบาดเจ็บทางร่างกาย โชคดีที่มีวิธีที่ง่ายและรวดเร็วในการหลบหนีอันตรายเหล่านี้และตัดโครงการให้สะอาดและปลอดภัย
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์
ทุกประเทศในโลกกำลังใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ในสาขาวิศวกรรมต่างๆ เราจะกล่าวถึงการใช้งานบางอย่างที่วิศวกรมักจะใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์
- การบินและอวกาศ: การบินและการเดินทางในอวกาศจำเป็นต้องได้รับเครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูงและลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเพื่อให้ได้การออกแบบที่แม่นยำที่สุดในประวัติศาสตร์
- แผงเซลล์แสงอาทิตย์: การผลิตแผงโซลาร์เซลล์ต้องการวัสดุนำไฟฟ้าและโฟโตแอกทีฟบางๆ หลายชั้น เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ทำให้การลบขอบบนเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง
- แฟชั่น: เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์นั้นพบได้ทั่วไปในคอลเล็คชั่นผ้าไหมและเครื่องหนังที่ตัดด้วยเลเซอร์หรือที่ร้านค้าปลีก การตัดด้วยเลเซอร์ทำงานได้ดีที่สุดบนผ้าใยสังเคราะห์
- วิทยาการหุ่นยนต์: เทคโนโลยีเลเซอร์นำเสนอวิธีที่มีประสิทธิภาพสำหรับวัสดุทุกชนิดที่ใช้ในอุตสาหกรรมหุ่นยนต์ โดรนและหุ่นยนต์มักต้องการใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์สำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
- อื่น ๆ : เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ยังมีชื่อเสียงในด้านการผ่าตัดด้วยเลเซอร์ การตัดด้วยเลเซอร์สำหรับการทำเครื่องหมายและแกะสลัก บรรจุภัณฑ์ เซรามิก และการตัดโลหะที่ไม่ใช่โลหะ
สรุป
เครื่องตัดเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีการตัดที่ใช้พลังงานเฉพาะทางจากเลเซอร์พิเศษและเลนส์โฟกัสเพื่อหลอมและทำให้วัสดุพื้นผิวกลายเป็นแก๊ส มีคุณภาพการตัดสูง ความเร็วในการตัดที่รวดเร็ว วัสดุการตัดที่หลากหลาย และประสิทธิภาพสูง