เมื่อพูดถึงการตัดด้วยเลเซอร์ เลเซอร์ชนิดไฟเบอร์ CO2 และไดโอด จะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันตามวัสดุที่ต้องการตัดและความแม่นยำที่ต้องการ Fiber Laser มีความยาวคลื่นประมาณ 1.06 ไมครอน ซึ่งเหมาะสำหรับใช้กับโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งสามารถตัดให้ความแม่นยำอยู่ในช่วงประมาณ 0.05 มม. เนื่องจากโลหะสามารถดูดซับพลังงานเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น แผงอะคริลิก เลเซอร์ CO2 ที่ความยาวคลื่น 10.6 ไมครอน มักจะให้รอยตัดที่สะอาดกว่า และสามารถตัดวัสดุที่มีความหนาน้อยกว่า 10 มม. ได้เร็วขึ้นประมาณ 20% เมื่อเทียบกับตัวเลือกอื่นๆ ส่วนเลเซอร์ไดโอดนั้นมีกำลังต่ำกว่า แต่สามารถสร้างรอยตัดที่แคบมาก บางครั้งมีความกว้างน้อยกว่า 0.1 มม. ซึ่งทำให้มันเหมาะสำหรับการใช้งานกับวัสดุที่ละเอียดอ่อน เช่น แผ่นฟอยล์บางๆ และพลาสติกหลากหลายชนิดที่มักใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
เมื่อพิจารณาระบบเลเซอร์ ระบบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงแคบลง เช่น ประมาณ 0.1 มม. จะให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่ามากเมื่อใช้ร่วมกับเลนส์โฟกัสคุณภาพสูง การตั้งค่าเช่นนี้สามารถลดพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนลงได้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับลำแสงที่กว้างขึ้นอย่าง 0.3 มม. เลเซอร์ไฟเบอร์ยังทำงานแตกต่างออกไปอีกด้วย เนื่องจากมีความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ซึ่งให้ความหนาแน่นพลังงานมากกว่าเลเซอร์ CO2 แบบดั้งเดิมถึงสามสิบเท่า ทำให้เหมาะสำหรับงานที่ละเอียดอ่อนบนแผ่นทองเหลืองบางที่มีความหนาน้อยกว่าหนึ่งมิลลิเมตร อย่างไรก็ตามยังมีข้อควรระวังอยู่ข้อหนึ่ง คือ เลเซอร์ไดโอดมีปัญหาในการใช้งานกับวัสดุบางชนิดที่มีแนวโน้มสะท้อนแสงกลับเข้ามายังเครื่อง โดยเหตุนี้จึงทำให้การใช้งานส่วนใหญ่จำกัดกำลังงานไว้ต่ำกว่า 300 วัตต์ ซึ่งระดับความร้อนในระดับนี้จะไม่ทำให้วัสดุบิดงอเสียหายมากนัก และควบคุมการบิดเบือนไว้ได้ภายในขอบเขตประมาณห้าไมครอนต่อหนึ่งเมตร
เลเซอร์ที่ทำงานแบบพัลส์ระหว่าง 500 ถึง 1,000 ครั้งต่อวินาที สามารถลดการเกิดดรอส (Dross) ในอลูมิเนียมได้ประมาณ 60% โดยยังคงความแม่นยำอยู่ในช่วง ±0.08 มม. เมื่อผู้ผลิตปรับค่าดิวตี้ไซเคิล (Duty Cycle) จาก 30% เพิ่มเป็น 70% ก็จะเห็นการปรับปรุงที่ชัดเจนในเรื่องของผิวงาน (Surface Finish) ด้วยเช่นกัน โดยความหยาบของขอบตัดจะลดลงจากประมาณ 3.2 ไมครอน เหลือเพียง 1.6 ไมครอนในโลหะผสมไทเทเนียม ตามที่งานวิจัยล่าสุดในด้านการกลึงความแม่นยำได้แสดงไว้ และสำหรับชิ้นงานเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีความหนาน้อยกว่า 6 มม. การใช้โหมดเบิร์สต์ (Burst Mode) พร้อมพัลส์ 1 มิลลิวินาที จะให้ได้ชิ้นงานมุมฉากเกือบสมบูรณ์แบบ ด้วยค่าความตั้งฉาก (Perpendicularity) ถึง 99% ความแม่นยำระดับนี้มีความสำคัญอย่างมากในการผลิตชิ้นส่วนที่แม้แต่ความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยก็อาจก่อให้เกิดปัญหาในงานอุตสาหกรรม
ปัจจัยความแม่นยำหลักตามประเภทเลเซอร์
| พารามิเตอร์ | ไลเซอร์ไฟเบอร์ | เลเซอร์ CO₂ | ไดโอดเลเซอร์ |
|---|---|---|---|
| วัสดุที่เหมาะสมที่สุด | โลหะสะท้อนแสง | วัสดุไม่ใช่โลหะ | โพลิเมอร์บางชนิด |
| ความเร็ว (เหล็ก 1 มม.) | 12 ม./นาที | 8 ม./นาที | 3 เมตร/นาที |
| ความแปรปรวนของมุมขอบ | ±0.3° | ±0.5° | ±1.2° |
| ประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน | 35% | 15% | 22% |
การเลือกใช้วัสดุมีบทบาทสำคัญต่อระดับความแม่นยำที่สามารถทำได้จริง เมื่อพิจารณาวัสดุที่มีความหนาประมาณ 5 ถึง 25 มม. โดยทั่วไปจะพบว่ารอยตัดมีความเบี่ยงเบนกว่าประมาณ 15 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวัสดุแผ่นบางที่มีความหนาน้อยกว่า 3 มม. ซึ่งเกิดขึ้นหลักๆ เนื่องจากปัญหาการกระจายลำแสงและการกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอตลอดทั้งวัสดุ โลหะโดยทั่วไปมีความคงทนต่อรูปร่างและสามารถควบคุมความแม่นยำได้ดีกว่า โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ระหว่าง 0.002 ถึง 0.006 นิ้ว ส่วนพอลิเมอร์นั้นมักเกิดการบิดงอระหว่างการแปรรูป งานวิจัยล่าสุดที่เผยแพร่ในปี 2023 แสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนสแตนเลสสตีล 304 ที่มีความหนาน้อยกว่า 3 มม. สามารถรักษาความแม่นยำในการตัดได้ที่ประมาณ ±0.0035 นิ้ว แต่สำหรับวัสดุอะคริลิกที่มีความหนาใกล้เคียงกันกลับพบความแตกต่างมากกว่าที่ประมาณ ±0.007 นิ้ว โดยเกิดขึ้นหลักๆ จากผลกระทบของการขยายตัวจากความร้อน
โลหะที่สะท้อนแสงได้ดี โดยเฉพาะอลูมิเนียม จะสามารถสะท้อนพลังงานเลเซอร์กลับมาได้ประมาณ 60 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายความว่าผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องเพิ่มกำลังไฟฟ้าประมาณ 20 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์เพียงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีพอ แต่น่าเสียดายว่าสิ่งนี้ทำให้มีโอกาสตัดวัสดุมากเกินไป เช่น ทองแดง ซึ่งมีค่าการนำความร้อนสูงกว่า 400 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน ทำให้การควบคุมอุณหภูมิในระหว่างกระบวนการผลิตเป็นเรื่องที่ท้าทายมากสำหรับช่างเทคนิคที่ทำงานกับวัสดุเหล่านี้ เมื่อพูดถึงพอลิเมอร์ เช่น พอลิคาร์บอเนต ก็มีปัญหาอีกอย่างหนึ่งโดยสิ้นเชิง วัสดุเหล่านี้มักจะดูดกลืนแสงอินฟราเรดไม่สม่ำเสมอตลอดพื้นที่ผิว ส่งผลให้เกิดรอยตัดที่มีลักษณะลาดเอียงน่ารำคาญเวลาที่ทำการตัดลึกกว่าแปดมิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าล่าสุดได้นำเสนอทางออกในรูปแบบของสารเคลือบกันสะท้อนสำหรับพื้นผิวอลูมิเนียม ผู้ผลิตรายงานว่าสารเคลือบเหล่านี้สามารถลดการกระเจิงของลำแสงเลเซอร์ลงได้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ในสถานการณ์การผลิตที่ต้องการความแม่นยำสูง ซึ่งทุกไมครอนมีความสำคัญ
| วัสดุ | ความหนา (มม) | ความแม่นยำทางมิติ (±นิ้ว) | คุณภาพของขอบ (Ra µin) | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|
| 304 สแตนเลส | 2 | 0.002–0.005 | 32–45 | เครื่องมือทางการแพทย์ |
| อะลูมิเนียม 6061 | 2 | 0.003–0.006 | 55–75 | ส่วนประกอบเครื่องบินอวกาศ |
ภายใต้การตั้งค่าเลเซอร์ไฟเบอร์เท่ากันที่ 4 kW เหล็กกล้าไร้สนิมสามารถรักษาความคงที่ทางมิติที่ระดับ 98% ในการตัด 100 ครั้ง เมื่อเทียบกับอลูมิเนียมที่อยู่ที่ 91% จุดหลอมตัวที่ต่ำกว่าของอลูมิเนียมทำให้เกิดขอบเบอร์เฉลี่ยที่ 0.0008" ขณะทำการตัดด้วยความเร็วสูง (>80 ม./นาที)
ความแม่นยำที่เราเห็นในเครื่องตัดด้วยเลเซอร์นั้น ขึ้นอยู่กับชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ ยกตัวอย่างเช่น เซอร์โวมอเตอร์ รุ่นใหม่สามารถควบคุมตำแหน่งเครื่องมือให้มีความแม่นยำอยู่ในช่วงประมาณ ±5 ไมโครเมตร และคู่มือการเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบพรีเมียมเหล่านั้น ช่วยลดปัญหาแรงเสียดทานได้ระหว่าง 40% ถึง 60% เมื่อเทียบกับรางธรรมดา โครงสร้างหลักเองก็สำคัญเช่นกัน การออกแบบที่มีความแข็งแรงทนทานสามารถรับแรงกระทำที่เกิดจากการเบี่ยงเบนได้สูงถึงประมาณ 12 กิโลนิวตันต่อเมตรเมื่อเครื่องเร่งความเร็ว มีการศึกษาล่าสุดจากสาขาหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติในปี 2024 พบข้อมูลที่น่าสนใจว่า ระดับการเคลื่อนที่ผิดตำแหน่งของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมนั้นมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของชิ้นส่วนที่ผลิตขึ้นมาในงานที่ต้องการความแม่นยำสูง ซึ่งเรื่องนี้มีความสมเหตุสมผลเมื่อพิจารณาจากความต้องการของผู้ผลิตในปัจจุบัน
ระบบกันสะเทือนขั้นสูงในเครื่องจักรระดับไฮเอนด์สามารถจำกัดการสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิกให้มีแอมพลิจูดไม่เกิน 0.8 ไมครอน รักษาความซ้ำซ้อนได้ที่ ±0.01 มม. ฐานเครื่องจากวัสดุคอมโพสิตแกรนิตและตัวดูดซับมวลชนิดแอคทีฟสามารถดูดซับพลังงานการสั่นสะเทือนจากสภาพแวดล้อมได้ 85–92% ป้องกันการเกิดการสั่นพ้องที่อาจทำให้รอยตัดกว้างขึ้น 15–30% ในวัสดุบาง
ระบบนำส่งลำแสงที่สามารถรักษาการเคลื่อนตัวของจุดโฟกัสให้อยู่ในระดับ <0.03 มม. สามารถตัดให้เกิดรอยตัดที่มีความกว้างน้อยกว่า 0.1 มม. ในสแตนเลสเหล็ก โดยมีค่าความหยาบของขอบตัด (Ra) ต่ำกว่า 1.6 ไมครอน ก๊าซช่วยตัดที่มีแรงดันสูง (สูงสุด 25 บาร์) ช่วยควบคุมการเกิดพลาสมาให้คงที่ ลดการบานของขอบตัดลงถึง 70% การตรวจสอบลำแสงแบบเรียลไทม์สามารถแก้ไขการเปลี่ยนแปลงของกำลังงานได้ภายใน 50 มิลลิวินาที รักษาความสม่ำเสมอของความหนาแน่นพลังงานไว้ที่ระดับ ±2%
การได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำหมายถึงการตั้งค่ากำลังเลเซอร์ให้เหมาะสม ซึ่งมีช่วงตั้งแต่ประมาณ 200 ถึง 6,000 วัตต์ การปรับอัตราการเคลื่อนที่ของเลเซอร์ตั้งแต่ครึ่งเมตรต่อนาทีจนถึง 20 เมตรต่อนาที และคำนึงถึงความหนาของวัสดุที่นำมาตัดจริง งานวิจัยเมื่อปี 2025 ที่ผ่านมายังได้ค้นพบสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับโลหะชนิดต่างๆ ด้วย เมื่อทำการตัดเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีความหนา 1 มม. ผู้ใช้งานสามารถลดการใช้พลังงานลงได้ประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการตัดอลูมิเนียมที่ความเร็วใกล้เคียงกัน หากต้องการทำงานอยู่ในช่วงความคลาดเคลื่อนที่แน่นอนที่ ±0.05 มม. สำหรับวัสดุที่บางกว่า 3 มม. การเพิ่มความเร็วให้อยู่ระหว่าง 10 ถึง 15 เมตรต่อนาที พร้อมควบคุมระดับพลังงานให้ต่ำ จะช่วยลดพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่รบกวนการทำงาน แต่เมื่อต้องจัดการกับแผ่นโลหะที่หนาขึ้น ระหว่าง 10 ถึง 25 มม. สิ่งต่างๆ จะเปลี่ยนไปโดยสิ้นเชิง การลดความเร็วลงเหลือเพียง 0.5 ถึง 3 เมตรต่อนาที จะกลายเป็นสิ่งจำเป็น พร้อมทั้งต้องควบคุมการปรับกำลังไฟฟ้าอย่างระมัดระวังตลอดกระบวนการ เพื่อให้แน่ใจว่าลำแสงสามารถเจาะทะลุวัสดุได้อย่างสมบูรณ์
ระบบสมัยใหม่ใช้เซ็นเซอร์วัดความสูงแบบเหนี่ยวนำไฟฟ้าเพื่อปรับตำแหน่งโฟกัสแบบไดนามิก ช่วยชดเชยการบิดงอของวัสดุขณะทำการตัด
อัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องจะวิเคราะห์ข้อมูลแบบเรียลไทม์จากเซ็นเซอร์มากกว่า 15 ตัว (อุณหภูมิ แสง และตำแหน่ง) เพื่อปรับแต่งค่าต่าง ๆ ในระหว่างกระบวนการ รายงานการศึกษาปี 2024 การศึกษาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ พบว่าระบบอัจฉริยะช่วยปรับปรุงความตั้งฉากของขอบในเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีความหนาไม่เท่ากันได้ดีขึ้นถึง 22% นอกจากนี้ ระบบเหล่านี้ยังช่วยลดเวลาในการตั้งค่าเครื่องลงถึง 65% โดยการจับคู่ฐานข้อมูลวัสดุและการปรับระดับพลังงานล่วงหน้า
คอนโทรลเลอร์รุ่นใหม่สามารถปรับตั้งค่าได้สูงสุด 10,000 ครั้งต่อวินาที โดยใช้ลูปควบคุม PID และการตรวจสอบด้วยเครื่องมือวัดสัญญาณแสง การแก้ไขเส้นทางลำแสงเกิดขึ้นภายใน 4 ไมโครวินาทีหลังจากตรวจพบความคลาดเคลื่อน ทำให้สามารถรักษาความแม่นยำในการตำแหน่งที่ ±5 ไมครอน แม้ในขณะที่เครื่องตัดทำงานที่ความเร็ว 25 เมตรต่อนาที
เครื่องตัดด้วยเลเซอร์มีแนวโน้มที่จะทำงานคลาดเคลื่อนไปจากเป้าหมาย หากไม่ได้รับการปรับเทียบอย่างสม่ำเสมอ จากการศึกษาของสถาบันวิศวกรรมความแม่นยำ พบว่าเครื่องจักรเหล่านี้สามารถสูญเสียความแม่นยำไปได้ประมาณ 0.5 มิลลิเมตรต่อปี เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และชิ้นส่วนที่สึกหรอจากการใช้งานต่อเนื่อง การตรวจสอบและบำรุงรักษาเป็นประจำจะช่วยป้องกันข้อผิดพลาดที่อาจสร้างความเสียหายได้ โดยการแก้ไขปัญหาทั่วไป เช่น เลนส์ที่สกปรก กระจกที่เคลื่อนออกจากตำแหน่ง และแบริ่งที่เริ่มเสื่อมสภาพจากการทำงานหนัก นอกจากนี้ การรักษาความสะอาดของชิ้นส่วนที่เป็นออปติคอลยังมีผลอย่างมากอีกด้วย การทดสอบบางอย่างแสดงให้เห็นว่า ขั้นตอนง่ายๆ นี้สามารถเพิ่มความเสถียรของลำแสงได้เกือบ 18 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายถึงรอยตัดที่สะอาดยิ่งขึ้น โดยเฉพาะเมื่อตัดโลหะบางๆ ที่ต้องการความแม่นยำสูงสุด
การปรับเทียบแบบอัตโนมัติช่วยลดข้อผิดพลาดจากมนุษย์ลง 90% และดำเนินการจัดแนวได้เร็วกว่าวิธีการแบบแมนนวลถึงห้าเท่า อย่างไรก็ตาม การปรับเทียบแบบแมนนวลยังคงจำเป็นสำหรับระบบเก่าที่ต้องการการปรับแต่งซ้ำๆ สภาพแวดล้อมการผลิตที่มีความหลากหลายมักจะใช้ทั้งสองวิธีผสมผสานกัน: โดยระบบอัตโนมัติจะรับประกันความซ้ำซ้อนได้ ขณะที่ช่างเทคนิคที่มีทักษะสูงจะควบคุมงานที่ต้องปรับแต่งเป็นพิเศษ
การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิน ±3°C อาจทำให้เกิดการบิดเบือนของความยาวคลื่นเลเซอร์ไฟเบอร์ ในขณะที่ความชื้นที่สูงกว่า 60% จะเร่งการเกิดออกซิเดชันของเลนส์ การฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงานอย่างเหมาะสมสามารถลดการสูญเสียความแม่นยำลงได้ 32% เนื่องจากช่างเทคนิคที่มีประสบการณ์สามารถระบุปัญหา เช่น การไม่ตรงแนวของก๊าซช่วยตัด ได้อย่างรวดเร็ว แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดรวมถึง:
การปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO 9013:2022 ช่วยให้สามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนทางมิติไว้ภายใน ±0.1 มม. ได้ แม้ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่เปลี่ยนแปลงไป
เลเซอร์ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพสูงในการตัดโลหะ โดยเฉพาะโลหะที่มีการสะท้อนแสง เช่น สแตนเลส
เลเซอร์ CO2 ให้รอยตัดที่สะอาดกว่า และตัดได้เร็วกว่าสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น แผ่นอะคริลิก
เลเซอร์ไดโอดสามารถตัดได้ในแนวที่แคบมาก และเหมาะสำหรับวัสดุที่บอบบาง เช่น ฟอยล์บางและพลาสติกหลากหลายชนิดที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
วัสดุที่หนาเกินไปมักทำให้รอยตัดเบี่ยงเบนมากขึ้น ในขณะที่วัสดุที่บางสามารถรักษาความแม่นยำได้ดีกว่า
มอเตอร์เซอร์โวช่วยในการปรับตำแหน่งเครื่องมือให้แม่นยำภายในไม่กี่ไมครอน ซึ่งเพิ่มความแม่นยำโดยรวมของกระบวนการตัด
ข่าวเด่น