ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการตัดด้วยเลเซอร์

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า การประยุกต์ใช้การตัดด้วยเลเซอร์ในด้านการตัดเฉือนที่แม่นยำและการตัดเฉือนระดับไมโครจะเติบโตอย่างมากเช่นกัน

ตัดด้วยเลเซอร์

เมื่อลำแสงเลเซอร์พุ่งชนชิ้นงาน อุณหภูมิของบริเวณที่ฉายรังสีจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วเพื่อทำให้วัสดุหลอมเหลวหรือกลายเป็นไอ เมื่อลำแสงเลเซอร์ทะลุผ่านชิ้นงาน กระบวนการตัดจะเริ่มขึ้น: ลำแสงเลเซอร์จะเคลื่อนที่ไปตามเส้นชั้นความสูงในขณะที่หลอมวัสดุ โดยปกติแล้วจะใช้ลมเป่าเพื่อเป่าส่วนที่หลอมละลายออกจากแผล โดยปล่อยให้มีช่องว่างแคบๆ ระหว่างส่วนที่ตัดกับโครงเพลต ซึ่งเกือบจะกว้างเท่ากับลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัส

การตัดไฟ

การตัดด้วยเปลวไฟเป็นกระบวนการมาตรฐานที่ใช้ในการตัดเหล็กอ่อน โดยใช้ออกซิเจนเป็นก๊าซสำหรับตัด ออกซิเจนจะถูกเพิ่มแรงดันถึง 6 บาร์แล้วเป่าเข้าไปในแผล ที่นั่น โลหะที่ร้อนจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน มันเริ่มไหม้และออกซิไดซ์ ปฏิกิริยาเคมีจะปล่อยพลังงานจำนวนมาก (มากกว่าพลังงานเลเซอร์ถึงห้าเท่า) เพื่อช่วยลำแสงเลเซอร์ในการตัด

การตัดแบบฟิวชั่น

การตัดแบบหลอมละลายเป็นกระบวนการมาตรฐานอีกอย่างหนึ่งที่ใช้ในการตัดโลหะ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ตัดวัสดุที่หลอมได้อื่นๆ เช่น เซรามิกส์

ใช้ไนโตรเจนหรืออาร์กอนเป็นแก๊สตัด และแก๊สที่มีความดัน 2-20 บาร์จะถูกเป่าผ่านแผล อาร์กอนและไนโตรเจนเป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะที่หลอมละลายในแผล แต่จะเป่าลงไปที่ก้นเท่านั้น ในขณะเดียวกัน ก๊าซเฉื่อยสามารถป้องกันคมตัดจากการเกิดออกซิเดชันของอากาศได้

การตัดด้วยลมอัด

สามารถใช้ลมอัดเพื่อตัดแผ่นบางได้ แรงดันลมถึง 5-6 บาร์ก็เพียงพอแล้วที่จะเป่าโลหะหลอมเหลวที่อยู่ในแผลออกไป เนื่องจากเกือบ 80% ของอากาศเป็นไนโตรเจน การตัดด้วยลมอัดโดยพื้นฐานแล้วเป็นการตัดแบบฟิวชัน

การตัดด้วยพลาสม่าช่วย

หากเลือกพารามิเตอร์อย่างเหมาะสม เมฆพลาสม่าจะปรากฏในส่วนละลายและตัดโดยใช้พลาสมา เมฆในพลาสมาประกอบด้วยไอโลหะที่แตกตัวเป็นไอออนและแก๊สตัดที่แตกตัวเป็นไอออน เมฆพลาสม่าดูดซับพลังงานของเลเซอร์ CO2 และแปลงเป็นชิ้นงาน เพื่อให้พลังงานเชื่อมต่อกับชิ้นงานมากขึ้น และวัสดุจะละลายเร็วขึ้น ส่งผลให้การตัดเร็วขึ้น ดังนั้น กระบวนการตัดนี้เรียกอีกอย่างว่าการตัดพลาสม่าด้วยความเร็วสูง

ที่จริงแล้ว พลาสมาคลาวด์มีความโปร่งใสต่อเลเซอร์ที่เป็นของแข็ง ดังนั้นการหลอมและการตัดโดยใช้พลาสมาจึงสามารถใช้เลเซอร์ CO2 ได้เท่านั้น

การตัดไอระเหย

การตัดด้วยการระเหยจะทำให้วัสดุระเหย ช่วยลดผลกระทบจากความร้อนต่อวัสดุโดยรอบให้ได้มากที่สุด ผลกระทบข้างต้นสามารถทำได้โดยใช้การประมวลผลด้วยเลเซอร์ CO2 อย่างต่อเนื่องเพื่อทำให้วัสดุระเหยด้วยความร้อนต่ำและการดูดซับสูง เช่น ฟิล์มพลาสติกบางและวัสดุที่หลอมละลายได้ เช่น ไม้ กระดาษ และโฟม

เลเซอร์พัลส์เกินขีดช่วยให้เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้กับวัสดุอื่นๆ อิเล็กตรอนอิสระในโลหะดูดซับเลเซอร์และทำให้ร้อนขึ้นอย่างรุนแรง พัลส์เลเซอร์ไม่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคและพลาสมาที่หลอมละลาย วัสดุจะระเหยโดยตรง และไม่มีเวลาถ่ายโอนพลังงานไปยังวัสดุโดยรอบในรูปของความร้อน เมื่อพัลส์พิโควินาทีละลายวัสดุ จะไม่เกิดผลกระทบจากความร้อนที่เห็นได้ชัด ไม่มีการหลอมเหลวและการเกิดครีบ

พารามิเตอร์: ปรับกระบวนการประมวลผล

พารามิเตอร์หลายอย่างส่งผลต่อกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ พารามิเตอร์บางส่วนขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพทางเทคนิคของเลเซอร์และเครื่องมือกล ในขณะที่พารามิเตอร์อื่นๆ แปรผัน

ระดับของโพลาไรเซชัน

ระดับของโพลาไรเซชันจะระบุเปอร์เซ็นต์ของแสงเลเซอร์ที่ถูกแปลง ระดับทั่วไปของโพลาไรซ์โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 90% เพียงพอสำหรับการตัดคุณภาพสูง

เส้นผ่านศูนย์กลางโฟกัส

เส้นผ่านศูนย์กลางโฟกัสมีผลต่อความกว้างของแผล และสามารถเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางโฟกัสได้โดยการเปลี่ยนความยาวโฟกัสของเลนส์โฟกัส เส้นผ่านศูนย์กลางโฟกัสที่เล็กกว่าหมายถึงแผลที่แคบกว่า

โฟกัสตำแหน่ง

ตำแหน่งโฟกัสกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงและความหนาแน่นของพลังงานบนพื้นผิวของชิ้นงานและรูปร่างของรอยบาก


พลังเลเซอร์

กำลังเลเซอร์ควรตรงกับประเภทการประมวลผล ประเภทวัสดุ และความหนา กำลังจะต้องสูงเพียงพอที่ความหนาแน่นของกำลังบนชิ้นงานเกินเกณฑ์การประมวลผล

โหมดการทำงาน

โหมดต่อเนื่องส่วนใหญ่จะใช้เพื่อตัดรูปทรงมาตรฐานของโลหะและพลาสติกจากขนาดมิลลิเมตรเป็นเซนติเมตร เพื่อที่จะละลายการเจาะหรือสร้างรูปร่างที่แม่นยำ เลเซอร์พัลซิ่งความถี่ต่ำจึงถูกนำมาใช้

ความเร็วในการตัด

กำลังเลเซอร์และความเร็วในการตัดต้องตรงกัน ความเร็วตัดที่เร็วหรือช้าเกินไปจะส่งผลให้เกิดความหยาบและการเกิดครีบเพิ่มขึ้น

เส้นผ่านศูนย์กลางหัวฉีด

เส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดจะเป็นตัวกำหนดการไหลและรูปร่างของก๊าซที่พุ่งออกจากหัวฉีด วัสดุที่หนาขึ้น เส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดแก๊สก็จะยิ่งใหญ่ขึ้น และเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย

ความบริสุทธิ์ของก๊าซและความดัน

มักใช้ออกซิเจนและไนโตรเจนเป็นก๊าซตัด ความบริสุทธิ์และความกดอากาศส่งผลต่อผลการตัด

เมื่อใช้การตัดด้วยเปลวไฟออกซิเจน ความบริสุทธิ์ของก๊าซจะต้องสูงถึง 99.95% ยิ่งแผ่นเหล็กหนาขึ้น แรงดันแก๊สที่ใช้ก็จะยิ่งต่ำลง

เมื่อใช้ไนโตรเจนในการหลอมและการตัด ความบริสุทธิ์ของก๊าซจะต้องสูงถึง 99.995% (ตามหลักแล้ว 99.999%) และต้องใช้แรงดันอากาศที่สูงขึ้นสำหรับการหลอมและตัดแผ่นเหล็กหนา

เอกสารข้อมูลทางเทคนิค

ในช่วงเริ่มต้นของการตัดด้วยเลเซอร์ ผู้ใช้ต้องตัดสินใจตั้งค่าพารามิเตอร์การประมวลผลด้วยตนเองผ่านการทดลองใช้งาน ตอนนี้ พารามิเตอร์การประมวลผลที่โตเต็มที่จะถูกเก็บไว้ในอุปกรณ์ควบคุมของระบบการตัด สำหรับวัสดุแต่ละประเภทและความหนา มีข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ตารางพารามิเตอร์ทางเทคนิคช่วยให้แม้แต่ผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับเทคโนโลยีนี้สามารถใช้งานอุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์ได้อย่างราบรื่น

ปัจจัยการประเมินคุณภาพการตัดด้วยเลเซอร์

มีหลายเกณฑ์ในการตัดสินคุณภาพของขอบตัดด้วยเลเซอร์ มาตรฐานต่างๆ เช่น รูปทรงเสี้ยน ความหดหู่ และเมล็ดพืชสามารถตัดสินได้ด้วยตาเปล่า จำเป็นต้องวัดแนวตั้ง ความหยาบ และความกว้างของการตัดด้วยเครื่องมือพิเศษ การสะสมของวัสดุ การกัดกร่อน บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน และการเสียรูปก็เป็นปัจจัยสำคัญในการวัดคุณภาพของการตัดด้วยเลเซอร์

อนาคตกว้าง

ความสำเร็จอย่างต่อเนื่องของการตัดด้วยเลเซอร์นั้นเหนือกว่าบริษัทอื่นๆ ส่วนใหญ่ แนวโน้มนี้ยังคงดำเนินต่อไปในวันนี้ ในอนาคต แนวโน้มการใช้งานของการตัดด้วยเลเซอร์จะกว้างขึ้นเรื่อยๆ