เครื่องตัดท่อด้วยเลเซอร์สามารถประมวลผลวัสดุท่อชนิดใดได้อย่างแม่นยำ?

ท่ออย่างไร เครื่องตัดเลเซอร์ จัดการกับวัสดุที่แตกต่างกัน

หลักการพื้นฐานของการปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์กับวัสดุในการตัดท่อ

ประสิทธิภาพของการตัดด้วยเลเซอร์นั้นขึ้นอยู่กับว่าวัสดุที่แตกต่างกันดูดซับและกระจายพลังงานอย่างไร ตัวอย่างเช่น โลหะบางชนิดมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันมาก เช่น สแตนเลสและอลูมิเนียม เนื่องจากคุณสมบัติทางความร้อนที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง สแตนเลสเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดีนัก ประมาณ 15 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน ซึ่งหมายความว่าความร้อนมักจะสะสมอยู่ในจุดใดจุดหนึ่ง แต่อลูมิเนียมกลับมีเรื่องราวที่ต่างออกไป เนื่องจากมีการนำความร้อนสูงกว่ามาก ประมาณ 205 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน ดังนั้นความร้อนจึงกระจายตัวออกไปอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการหลอมละลายที่ไม่สม่ำเสมอได้ยาก สำหรับทองแดงนั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่งเลย โดยที่ความยาวคลื่น 1 ไมครอน ทองแดงจะสะท้อนแสงกลับเกือบทั้งหมด คือประมาณ 95% ปัญหาการสะท้อนนี้จำเป็นต้องมีการปรับแต่งลำแสงเลเซอร์อย่างจริงจัง หากเราต้องการการตัดที่มีเสถียรภาพ เมื่อพิจารณาเลเซอร์ไฟเบอร์รุ่นใหม่ๆ สามารถดูดซับพลังงานจากเหล็กกล้าเกือบทั้งหมดได้ ใกล้เคียงกับ 99% ของการดูดซับ แต่กลับมีปัญหาพอสมควรกับทองแดง ซึ่งการดูดซับจะลดลงเหลือเพียง 60-70% เท่านั้น นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ร้านค้าที่ทำงานกับทองแดงมักต้องใช้เทคนิคและอุปกรณ์พิเศษเพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เลเซอร์ไฟเบอร์และเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์: ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพในการประมวลผลโลหะ

เมื่อพูดถึงการตัดสแตนเลสและเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เลเซอร์ไฟเบอร์มีความเหนือกว่าระบบเลเซอร์ CO2 อย่างชัดเจน โดยเฉพาะเมื่อทำงานกับท่อที่มีผนังบาง ซึ่งสามารถตัดได้เร็วขึ้นถึง 30% เหตุผลคือ เลเซอร์ไฟเบอร์มีความยาวคลื่นที่สั้นกว่ามากประมาณ 1.08 ไมครอน ซึ่งโลหะเช่นเหล็กกล้าสามารถดูดซับพลังงานได้ดีกว่า ทำให้พลังงานสูญเสียน้อยลง และช่วยลดเวลาในการทำงานโดยรวม แต่ในทางกลับกัน เลเซอร์ CO2 มีความยาวคลื่นที่ยาวกว่าที่ 10.6 ไมครอน ซึ่งกลับมีประสิทธิภาพดีกว่าในบางงาน เช่น การตัดโลหะไม่ใช่เหล็กอย่างทองเหลือง ซึ่งไม่สะท้อนพลังงานมากนัก ดังนั้นผู้ผลิตยังคงพึ่งพาเทคโนโลยีนี้ในงานเฉพาะทางที่เน้นความเสถียรเป็นหลัก จากตัวเลขล่าสุดในปี 2023 จากภาคการบินและอวกาศ บริษัทที่ใช้เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถลดต้นทุนการตัดเหล็กสแตนเลสลงได้ประมาณ 18.50 ดอลลาร์สหรัฐต่อเมตร เมื่อเทียบกับระบบ CO2 แบบดั้งเดิม ส่วนใหญ่ของประหยัดนี้เกิดจากการใช้ก๊าซช่วยตัดที่น้อยลง และประสิทธิภาพการใช้พลังงานไฟฟ้าที่ดีขึ้นโดยรวม

ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความเข้ากันได้ของวัสดุและความแม่นยำในการตัด

ตัวแปรสามอย่างที่มีผลต่อคุณภาพการตัดอย่างมีนัยสำคัญ:

1. ความหนาของวัสดุ : ท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ≥10 มม. มักจำเป็นต้องใช้วิธีตัดแบบหลายรอบหรือตัดแบบพัลส์ เพื่อควบคุมการสะสมความร้อนและป้องกันการบิดงอ
2. ลำแสงที่โฟกัส : จุดโฟกัสขนาด 0.1 มม. สามารถให้ความแม่นยำสูงเมื่อตัดสแตนเลสเหล็กบาง แต่อาจทำให้เกิดความไม่เสถียรในวัสดุที่นำไฟฟ้าสูง เช่น อลูมิเนียม
3. ก๊าซช่วยตัด : ไนโตรเจนช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันในสแตนเลส ส่งผลให้ได้รอยตัดที่สะอาด ในขณะที่อากาศอัดสามารถลดต้นทุนลงได้ถึง 40% สำหรับการตัดอลูมิเนียม โดยไม่ส่งผลต่อคุณภาพ

สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน การควบคุมแรงดันก๊าซให้อยู่ในช่วง 1.2–1.5 บาร์ มีความสำคัญอย่างมาก เพื่อป้องกันการเกิดสนิมตกค้างและรับประกันคุณภาพการตัดที่สม่ำเสมอ

สแตนเลสและเหล็กอ่อน: การใช้งานหลักสำหรับเครื่องตัดท่อด้วยเลเซอร์

เหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าอ่อนมีสัดส่วนมากกว่า 65% ของการประยุกต์ใช้งานเลเซอร์ตัดท่อในอุตสาหกรรม (IMTS 2023) ซึ่งได้รับการชื่นชมจากสมดุลของความแข็งแรง การเชื่อมได้ดี และการตอบสนองต่อพลังงานเลเซอร์ที่แม่นยำ วัสดุเหล่านี้สามารถแปรรูปได้ตั้งแต่ความหนา 0.5 มม. ถึง 25 มม. พร้อมพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนต่ำสุด จึงเหมาะสำหรับการผลิตที่ต้องการความแม่นยำสูง

ความแม่นยำและความมีประสิทธิภาพในการตัดท่อเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยเลเซอร์

เหล็กกล้าไร้สนิมประเภทออสเทนนิติก เช่น รุ่น 304 และ 316 ถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีโครเมียมอยู่ที่ประมาณ 18 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นสิ่งที่ช่วยให้เหล็กกลุ่มนี้มีความทนทานสูงต่อสนิมและสารเคมี ในการตัดวัสดุเหล่านี้ เทคโนโลยีเลเซอร์เส้นใยในปัจจุบันสามารถตัดได้อย่างแม่นยำสูง โดยมีความกว้างของรอยตัด (kerf width) บางลงได้ถึง 0.1 มิลลิเมตร และความแม่นยำทางมิติอยู่ในช่วง ±0.05 มิลลิเมตร แม้แต่กับท่อที่มีความหนา 15 มิลลิเมตร ผู้ผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ และผู้ผลิตท่อสำหรับกระบวนการผลิตอาหารต้องการความแม่นยำในระดับนี้ เพราะผลิตภัณฑ์ของพวกเขาต้องการพื้นผิวที่เรียบเนียนสมบูรณ์ ปราศจากขอบหยาบหรือคมขรุขระ ซึ่งเป็นคุณภาพที่ระบบเลเซอร์ขั้นสูงเท่านั้นที่สามารถผลิตซ้ำได้อย่างสม่ำเสมอในทุกการผลิต

ค่าตั้งค่าเลเซอร์และก๊าซช่วยตัดที่เหมาะสมเพื่อให้ได้รอยตัดเหล็กกล้าไร้สนิมที่สะอาด

เพื่อให้ได้การตัดที่ปราศจากการเกิดออกซิเดชัน แนะนำให้ใช้ก๊าซไนโตรเจนเป็นก๊าซช่วยในการตัดที่ความดัน 12–16 บาร์ สำหรับท่อสแตนเลสที่มีความหนา 3–8 มม. สำหรับชิ้นงานที่หนาขึ้น (10–15 มม.) ควรใช้เลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 4 กิโลวัตต์ ที่ความเร็ว 0.8–1.2 เมตร/นาที เพื่อให้ได้คุณภาพการตัดที่ปราศจากเศษสะเก็ด (Dross-free) และลดการบิดงอจากความร้อนให้น้อยที่สุด พารามิเตอร์เหล่านี้ช่วยให้การผลิตอัตโนมัติสามารถทำซ้ำได้อย่างแม่นยำสูง

เหตุใดเหล็กกล้าอ่อนจึงเหมาะกับการตัดท่อด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์

เนื่องจากเหล็กกล้าอ่อนมีปริมาณคาร์บอนค่อนข้างต่ำ (น้อยกว่า 0.3%) จึงทำให้ระเหยตัวเร็วเมื่อถูกให้ความร้อนจนถึงประมาณ 1,500 องศาเซลเซียส คุณสมบัตินี้ทำให้เหล็กกล้าอ่อนเหมาะเป็นพิเศษสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ ในระบบเลเซอร์มาตรฐานที่มีกำลัง 6 กิโลวัตต์ ผู้ปฏิบัติงานสามารถตัดท่อเหล็กกล้าอ่อนที่มีความหนา 20 มิลลิเมตรได้ด้วยความเร็วสูงถึงประมาณ 2.5 เมตรต่อนาที การตัดที่ได้มีขอบเกือบตั้งฉากและเบี่ยงเบนมุมน้อยมาก (ประมาณบวกหรือลบครึ่งองศา) ซึ่งเป็นข่าวดีสำหรับช่างเชื่อมที่ไม่จำเป็นต้องใช้เวลาเพิ่มเติมในการตกแต่งหลังการตัด นอกจากนี้ในแง่ของต้นทุนการดำเนินงาน ระบบเลเซอร์ยังช่วยประหยัดได้อย่างมากอีกด้วย ข้อมูลอุตสาหกรรมจาก FMA 2023 แสดงให้เห็นว่าต้นทุนการดำเนินงานลดลงประมาณ 23% เมื่อเปลี่ยนจากการตัดด้วยวิธีพลาสมาแบบดั้งเดิม

การจัดการความร้อนและคุณภาพของการตัดในท่อเหล็กคาร์บอนหนา

สำหรับท่อเหล็กกล้าที่มีความหนามากกว่า 25 มม. โหมดเลเซอร์แบบพัลส์ (1–2 กิโลเฮิรตซ์) จะช่วยควบคุมปริมาณความร้อนและป้องกันการบิดงอ การใช้ก๊าซช่วยที่เป็นส่วนผสมจากออกซิเจนจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดสะเก็ดโลหะ ทำให้เศษโลหะตกค้างลดลง 40% ในส่วนที่มีความหนา 30 มม. ซึ่งช่วยให้ชิ้นส่วนโครงสร้างในงานก่อสร้างและเครื่องจักรหนักมีความแม่นยำตามมิติที่กำหนด

กรณีศึกษา: ชิ้นส่วนเหล็กที่มีความทนทานสูงในภาคการบินและยานยนต์

ผู้จัดหาชิ้นส่วนยานยนต์ระดับ Tier 1 ได้ใช้เทคโนโลยีตัดท่อเลเซอร์แบบ 3 มิติ เพื่อผลิตท่อหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจำนวน 5,000 ชิ้นต่อวัน โดยมีความแม่นยำทางมิติถึงร้อยละ 99.7 ระบบดังกล่าวสามารถทำซ้ำได้ในระดับ 0.12 มม. สำหรับชิ้นส่วนยึดท่อไฮดรอลิกในเครื่องบินที่ทำจากเหล็กสเตนเลส 304 ซึ่งช่วยลดเวลาในการทำงานขั้นสุดท้ายลง 62% เมื่อเทียบกับวิธีการกลึงแบบดั้งเดิม

อลูมิเนียมและโลหะไม่ใช่เหล็กอื่น ๆ: ความท้าทายและความก้าวหน้า

ปัญหาการสะท้อนแสงและความนำความร้อนในกระบวนการตัดท่ออลูมิเนียม

อลูมิเนียมสามารถสะท้อนแสงได้ดีมาก จริงๆ แล้วประมาณ 90% ที่ความยาวคลื่นเลเซอร์โดยทั่วไปที่เราใช้งาน และยังสูญเสียความร้อนได้ค่อนข้างรวดเร็วอีกด้วย คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เกิดความท้าทายในการให้เลเซอร์ดูดซับพลังงานอย่างสม่ำเสมอในระหว่างการประมวลผล สิ่งที่เกิดขึ้นต่อมาคือพื้นที่หลอมละลายจะเกิดขึ้นแบบไม่เป็นระเบียบ และรอยตัดที่ได้จะมีลักษณะไม่เรียบ โดยเฉพาะเมื่อต้องทำงานกับท่อที่มีผนังบางซึ่งพบได้บ่อยในกระบวนการผลิต อีกทั้งการนำความร้อนยังเป็นอีกความท้าทายหนึ่ง เนื่องจากอลูมิเนียมสามารถนำความร้อนได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมประมาณห้าเท่า ด้วยเหตุนี้ ผู้ปฏิบัติงานจึงต้องปรับแต่งค่าพารามิเตอร์อย่างระมัดระวัง หากต้องการให้ได้รอยตัดที่สะอาด โดยปราศจากเศษโลหะหลอมเหลว (dross) ที่สร้างความรำคาญใจหลังการตัด

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการลดการเกิดออกซิเดชันและเพิ่มคุณภาพการตัด

การใช้ไนโตรเจนเป็นก๊าซช่วยลดการเกิดออกซิเดชันได้มากถึง 70% เมื่อเทียบกับการใช้ออกซิเจน การผสมผสานเทคนิคนี้เข้ากับโหมดเลเซอร์แบบพัลส์ความถี่สูง (≥2,000 Hz) และระยะห่างระหว่างหัวฉีดกับชิ้นงานที่เหมาะสม (0.8–1.2 มม.) จะช่วยเพิ่มความเรียบเนียนของรอยตัดได้ถึง 25% การปรับแต่งเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการให้ได้พื้นผิวที่สะอาดและพร้อมสำหรับการเชื่อมในงานที่มีมูลค่าสูง

กรณีศึกษา: ชิ้นส่วนโครงสร้างอลูมิเนียมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

ผู้ผลิตรายหนึ่งได้ทำการทดสอบเมื่อปี 2023 ที่ผ่านมา โดยสามารถบรรลุความแม่นยำที่ระดับประมาณ +/- 0.05 มิลลิเมตร ในการผลิตถาดแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า โดยใช้เครื่องเลเซอร์ไฟเบอร์แบบ 6 กิโลวัตต์ พวกเขาได้ค้นพบข้อสังเกตที่น่าสนใจขณะทำการตัดท่ออลูมิเนียมซีรีส์ 6xxx นั่นคือ เมื่อคอยตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิระหว่างการตัดอย่างใกล้ชิด สามารถลดปริมาณวัสดุที่ทิ้งได้อย่างมาก จากเดิมที่มีของเสียประมาณ 12 เปอร์เซ็นต์ ลดลงเหลือเพียงเล็กน้อยมากกว่า 3 เปอร์เซ็นต์ เท่านั้น ตามที่มีการตีพิมพ์ในการศึกษาวิจัยล่าสุดในวารสารอย่าง Journal of Materials Processing Technology ยืนยันได้ว่ามีแนวโน้มที่ชัดเจนในการหันมาใช้อลูมิเนียมมากขึ้นเพื่อลดน้ำหนักของรถยนต์ ผู้ผลิกรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันจึงเริ่มเปลี่ยนชิ้นส่วนที่เคยใช้เหล็กประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ให้กลายเป็นชิ้นอลูมิเนียมที่ถูกตัดพิเศษเหล่านี้แทน

การนำไฟเบอร์เลเซอร์มาใช้กับอลูมิเนียมในงานอุตสาหกรรมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

เลเซอร์ไฟเบอร์ตอนนี้มีบทบาทสำคัญในการตัดท่อลมอลูมิเนียม โดยคิดเป็นสัดส่วนถึง 68% ของการติดตั้งทั่วโลก คลื่นความถี่ 1.08 ไมครอนของมันให้การดูดซับพลังงานที่ดีกว่าเลเซอร์ CO₂ ทำให้สามารถตัดอลูมิเนียมหนา 8 มม. ได้ด้วยความเร็ว 1.2–1.8 เมตร/นาที และให้ผิวตัดที่ปราศจากสะเก็ดโลหะ (dross-free) สมรรถนะที่เหนือกว่าเช่นนี้ จึงทำให้เทคโนโลยีนี้ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรม HVAC การขนส่ง และพลังงานหมุนเวียน

ทองแดงและทองเหลือง: การก้าวข้ามขีดจำกัดแห่งเทคโนโลยีการตัดท่อแบบเลเซอร์

ความท้าทายจากความสะท้อนสูงในการแปรรูปท่อทองแดงและทองเหลือง

เมื่อทำงานกับวัสดุประเภททองแดงและเหล็กกล้าม้า วัสดุเหล่านี้มักจะสะท้อนพลังงานเลเซอร์กลับไปประมาณ 95% ที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดตามการวิจัยล่าสุดจากสถาบันการประมวลผลเลเซอร์ในปี 2023 การสะท้อนนี้สร้างปัญหาให้กับชิ้นส่วนออปติกอย่างแท้จริง และทำให้การรักษาสภาพแวดล้อมในการประมวลผลให้คงที่เป็นเรื่องที่ท้าทายมากขึ้น อีกทั้งเหล็กกล้าม้ายังเพิ่มความยากลำบากเข้าไปอีก เพราะเมื่อทำการตัด ส่วนประกอบสังกะสีมีแนวโน้มที่จะระเหย ส่งผลให้เกิดรอยตัดที่ไม่สม่ำเสมอ มีขอบที่ขรุขระ และบางครั้งแม้กระทั่งเกิดรูเล็กๆ บนวัสดุ เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่จะพึ่งพาการตั้งค่าเลเซอร์แบบพัลส์ร่วมกับการใช้ก๊าซไนโตรเจนช่วยเสริม พัลส์จะช่วยควบคุมการหลอมละลายได้ดีขึ้น ในขณะที่ไนโตรเจนจะช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชัน ทำให้กระบวนการตัดโดยรวมมีความแม่นยำและเชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับผู้ผลิตที่ต้องทำงานกับโลหะที่ท้าทายนี้

เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดทองแดงบริสุทธิ์ได้อย่างเชื่อถือได้หรือไม่? การวิเคราะห์ทางเทคนิค

ในปัจจุบัน เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดแผ่นทองแดงแท้ที่มีความหนาถึง 3 มม. ได้ดี เมื่อทำงานที่กำลังไฟ 1 กิโลวัตต์หรือสูงกว่า พร้อมความแม่นยำประมาณ 0.1 มม. ด้วยเทคโนโลยีการควบคุมลำแสงที่ดีขึ้น แต่ก็ยังมีข้อควรพิจารณาอยู่บ้าง นั่นคือ การตัดทองแดงใช้เวลาประมาณ 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์นานกว่าการตัดเหล็ก เนื่องจากทองแดงสามารถนำความร้อนได้ดีมาก สิ่งที่ทำให้เป็นไปได้นั้นคือ ความยาวคลื่นของเลเซอร์ที่ 1.08 ไมโครเมตร ซึ่งถูกดูดซับโดยทองแดงประมาณ 22% ซึ่งดีกว่าเลเซอร์ CO2 แบบดั้งเดิมเกือบสามเท่า การพัฒนานี้เปิดโอกาสใหม่ในการผลิตชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อน เช่น ท่อร้อยสายไฟที่มีผนังบาง และระบบแลกเปลี่ยนความร้อนเฉพาะทาง ซึ่งความแม่นยำมีความสำคัญสูงสุด

กลยุทธ์ลดความเสี่ยงจากความสะท้อน และเพิ่มความสม่ำเสมอในการตัด

แนวทางที่พิสูจน์แล้วสามข้อที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการแปรรูปทองแดงและทองเหลือง:

• การเคลือบผิว การเคลือบผิวต้านสะท้อนช่วยเพิ่มการดูดซับได้ 18–25%
• การปรับรูปแบบลำแสง ลวดลายจุดแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้าช่วยลดการสูญเสียจากแสงสะท้อน
• เทคนิคแบบผสม การอุ่นเครื่องด้วยพลังงานต่ำก่อน ตามด้วยการตัดแบบพัลส์ จะช่วยให้สระหลอมละลายมีความเสถียร

วิธีการเหล่านี้ช่วยลดการเกิดคราบสนิมลง 62% และรักษาความเร็วในการตัดไว้ที่ระดับ 20 เมตรต่อนาที บนท่อทองเหลืองหนา 2 มม.

ความต้องการของตลาด เปรียบเทียบกับข้อจำกัดทางเทคนิคสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์บนโลหะผสมทองเหลือง

ความต้องการชิ้นส่วนทองเหลืองที่มีความแม่นยำเพิ่มขึ้นเกือบครึ่งหนึ่ง ตามรายงานสำรวจการตัดอุตสาหกรรมทั่วโลกปี 2023 ฉบับล่าสุด แต่ยังคงมีอุปสรรคทางเทคนิคที่สำคัญอยู่ โดยเฉพาะการทำให้ได้ขนาดที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำกว่า 0.2 มม. ซึ่งจำเป็นสำหรับชิ้นส่วนตกแต่ง ฮาร์ดแวร์สำหรับเรือ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งระบบตัดทั่วไปทำไม่ได้ง่ายนัก แม้ว่าเลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 6 กิโลวัตต์จะสามารถตัดโลหะผสมทองเหลืองหนา 8 มม. ได้ด้วยความแม่นยำประมาณ 0.25 องศา แต่ค่าใช้จ่ายในการใช้งานเครื่องจักรขนาดนี้อยู่ที่ประมาณ 180 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมง ราคาที่สูงมากจนบริษัทส่วนใหญ่เลือกที่จะใช้เฉพาะเมื่อจำเป็นจริงๆ โดยมักจะสงวนไว้สำหรับการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ หรือเครื่องมือวัดเฉพาะทางที่ต้องการความแม่นยำสูงเช่นนี้โดยเฉพาะ

คู่มือการเลือกวัสดุสำหรับเครื่องตัดท่อด้วยเลเซอร์

แผนภูมิความเหมาะสมของเลเซอร์: สแตนเลส, เหล็กกล้า, อลูมิเนียม, ทองแดง, ทองเหลือง

เครื่องตัดท่อด้วยเลเซอร์รุ่นใหม่ให้ประสิทธิภาพที่แตกต่างกันเมื่อใช้งานกับวัสดุหลัก:

สแตนเลสและเหล็กกล้าให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเมื่อใช้กับเครื่องเลเซอร์ โดยสามารถควบคุมความแม่นยำได้ภายใน ±0.1 มม. อลูมิเนียมต้องใช้ความเร็วในการตัดเร็วขึ้นประมาณ 30% เมื่อเทียบกับเหล็ก เพื่อป้องกันเศษตกค้าง ขณะที่ทองแดงมีคุณสมบัติสะท้อนแสงสูง ทำให้การตัดไม่ค่อยประสบผลสำเร็จ โดยจากการสำรวจอุตสาหกรรมในปี 2023 พบว่ามีเพียง 42% ของผู้ผลิตที่สามารถตัดทองแดงแท้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

วัสดุเกิดใหม่: ไทเทเนียมและโลหะผสมพิเศษในอุตสาหกรรมเฉพาะทาง

ภาคการบินและภาคการแพทย์กำลังเพิ่มการใช้เลเซอร์แบบไฟเบอร์มากขึ้นเพื่อตัดท่อไทเทเนียมที่มีความหนาถึง 10 มม. การแปรรูปอย่างมีประสิทธิภาพต้องการ:

• กำลังเลเซอร์ 8–12 กิโลวัตต์
• ส่วนผสมของก๊าซป้องกันที่มีฐานจากฮีเลียม
• ระยะเวลาพัลส์ต่ำกว่า 0.8 มิลลิวินาที

โลหะผสมที่มีพื้นฐานจากนิกเกิลอย่างอินโคเนลกำลังเห็นการเติบโต 19% ต่อปีในการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ตัด โดยเฉพาะสำหรับชิ้นส่วนท่อไอเสียที่ต้องทนความร้อนสูงถึง 1,200°C และมีความทนทานสูง

การเลือกประเภทและพารามิเตอร์ของเลเซอร์ที่เหมาะสมกับวัสดุของคุณ

ปัจจัยสี่ประการที่กำหนดค่าตั้งเลเซอร์ที่เหมาะสม:

1. การสะท้อนแสงของวัสดุ : ทองแดงต้องใช้กำลัง ≥4 กิโลวัตต์ ในขณะที่เหล็กสามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ 2 กิโลวัตต์
2. คุณสมบัติทางความร้อน : อลูมิเนียมได้รับประโยชน์จากระบบหัวฉีด 3 มิติในการจัดการการระบายความร้อน
3. กว้างท่อ : แกนหมุนรองรับชิ้นงานที่มีขนาดสูงถึง 300 มม.
4. ข้อกำหนดการตกแต่งผิว : การตัดสแตนเลสแบบไม่มีสะเก็ดต้องใช้ก๊าซช่วยตัดที่มีความบริสุทธิ์ 99.995%

ผู้ใช้งานควรทำการตัดทดสอบเมื่อทำงานกับโลหะผสมใหม่ ๆ เนื่องจากแม้ความแตกต่างขององค์ประกอบเพียง 0.5% สามารถเปลี่ยนความเร็วในการตัดได้ถึง 12–15%

ส่วน FAQ

• เลเซอร์ตัดโลหะต่างชนิดกันอย่างไร?

  การตัดด้วยเลเซอร์ขึ้นอยู่กับว่าวัสดุนั้นดูดซับและกระจายพลังงานอย่างไร โลหะต่าง ๆ เช่น สแตนเลสและอลูมิเนียมมีคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อปฏิกิริยาต่อการตัดด้วยเลเซอร์

• ข้อดีของเลเซอร์ไฟเบอร์เมื่อเทียบกับเลเซอร์ CO2 ในการตัดโลหะคืออะไร?

  เลเซอร์ไฟเบอร์ให้ความเร็วและประสิทธิภาพที่เหนือกว่าเลเซอร์ CO2 โดยเฉพาะสำหรับท่อที่มีผนังบาง เนื่องจากมีความยาวคลื่นที่สั้นกว่าและการดูดซับพลังงานที่ดีกว่า

• เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดทองแดงและทองเหลืองได้อย่างเชื่อถือได้หรือไม่?

  เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดทองแดงและทองเหลืองได้ภายใต้การปรับตั้งค่าบางอย่าง เช่น การใช้พลังงานเลเซอร์แบบพัลส์ แต่ต้องใช้กำลังและเวลามากกว่าเมื่อเทียบกับโลหะอ่อนอื่น ๆ

• ก๊าซช่วยเหลือในการตัดเลเซอร์คืออะไร

  ก๊าซช่วยเหลือ เช่น ไนโตรเจนและออกซิเจน ถูกใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของการตัด ป้องกันการเกิดออกซิเดชัน และเพิ่มประสิทธิภาพในการตัด ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่ใช้

• เลเซอร์ไฟเบอร์เหมาะสำหรับการตัดอลูมิเนียมหรือไม่

  ใช่ ไฟเบอร์เลเซอร์ถูกนำมาใช้มากขึ้นในการตัดอลูมิเนียม เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูง แม้ว่าจะต้องมีการปรับตั้งค่าต่าง ๆ เนื่องจากคุณสมบัติการสะท้อนแสงและความสามารถในการนำความร้อนของอลูมิเนียม