กระบวนการตัดโลหะด้วยเลเซอร์มีขั้นตอนอย่างไร?

การตัดด้วยเลเซอร์เป็นวิธีที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพในการตัดโลหะและวัสดุอื่นๆ ด้วยการใช้เลเซอร์กำลังสูง กระบวนการนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการผลิต ยานยนต์ การบินและอวกาศ และงานโลหะ เนื่องจากมีความแม่นยำ ความเร็ว และความสามารถในการสร้างการออกแบบที่ซับซ้อน ในคู่มือนี้ เราจะแจกแจงวิธีการทำงานของการตัดด้วยเลเซอร์ ส่วนประกอบหลักที่เกี่ยวข้อง และประเภทของการตัดด้วยเลเซอร์

1. การตัดด้วยเลเซอร์คืออะไร?

การตัดด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่ใช้ลำแสงโฟกัส (เลเซอร์) เพื่อตัดผ่านหรือแกะสลักวัสดุ เช่น โลหะ พลาสติก และไม้ ลำแสงเลเซอร์ละลาย ไหม้ หรือทำให้วัสดุกลายเป็นไอ ส่งผลให้ได้การตัดที่สะอาดและมีคุณภาพสูงโดยมีของเสียน้อยที่สุด

2. ส่วนประกอบสำคัญของการตัดด้วยเลเซอร์

- แหล่งกำเนิดเลเซอร์: ลำแสงเลเซอร์มาจากเครื่องกำเนิดเลเซอร์ (เลเซอร์ CO2, ไฟเบอร์ หรือเลเซอร์ Nd:YAG มักใช้สำหรับการตัดโลหะ) เลเซอร์ถูกขยายและพุ่งตรงไปยังวัสดุตัด

- เลนส์โฟกัส: เลนส์หรือชุดเลนส์โฟกัสลำแสงเลเซอร์ไปยังจุดเล็กๆ เพื่อเพิ่มความเข้ม ณ จุดที่สัมผัสกับวัสดุ

- หัวตัด: หัวตัดจะกำหนดทิศทางลำแสงเลเซอร์ไปที่วัสดุ โดยจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่ตั้งโปรแกรมไว้ ควบคุมโดย CNC (Computer Numerical Control) หรือระบบนำทางอื่นๆ

- Assist Gas: ก๊าซ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน หรืออากาศ มักจะถูกเป่าผ่านหัวฉีดเพื่อช่วยในกระบวนการตัด ช่วยขจัดวัสดุที่หลอมละลายและปรับปรุงคุณภาพการตัด

- วัสดุเตียง: โลหะวางอยู่บนเตียงหรือโต๊ะที่มั่นคงซึ่งรองรับวัสดุในระหว่างกระบวนการตัด

3. กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์

กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกได้เป็นขั้นตอนต่อไปนี้:

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบและการเขียนโปรแกรม

- การออกแบบ CAD: ขั้นตอนแรกคือการสร้างการออกแบบสำหรับชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการตัด ทำได้โดยใช้ซอฟต์แวร์ CAD (Computer-Aided Design) การออกแบบจะถูกแปลงเป็นรูปแบบที่เครื่องตัดเลเซอร์สามารถอ่านได้ ซึ่งโดยปกติจะเป็นไฟล์เวกเตอร์

- การเขียนโปรแกรม CNC: การออกแบบจะถูกอัปโหลดไปยังระบบ CNC ซึ่งควบคุมเครื่องตัดเลเซอร์ โดยแปลการออกแบบเป็นคำแนะนำในการตัด เพื่อนำทางเลเซอร์เกี่ยวกับวิธีการและตำแหน่งที่จะตัด

ขั้นตอนที่ 2: การเตรียมวัสดุ

- แผ่นโลหะหรือวัสดุที่จะตัดวางอยู่บนเตียงของเครื่อง โลหะทั่วไปที่ใช้ในการตัดด้วยเลเซอร์ ได้แก่ เหล็ก สแตนเลส อลูมิเนียม ทองเหลือง และทองแดง

ขั้นตอนที่ 3: การตัดด้วยเลเซอร์

- การสร้างลำแสง: แหล่งกำเนิดเลเซอร์จะสร้างลำแสงพลังงานสูง ซึ่งจากนั้นจะถูกโฟกัสผ่านเลนส์เพื่อสร้างจุดความร้อนที่รุนแรง

- การทำความร้อนวัสดุ: เมื่อลำแสงเลเซอร์ที่เน้นไปที่โลหะ พลังงานจะถูกดูดซับ ทำให้วัสดุร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและละลาย เผาไหม้ หรือกลายเป็นไอ

- Assist Gas: แก๊สช่วยเหลือ (เช่น ออกซิเจนหรือไนโตรเจน) จะถูกส่งตรงไปยังพื้นที่ตัดผ่านหัวฉีด ช่วยกำจัดโลหะที่หลอมละลายและเศษซาก ตลอดจนทำให้วัสดุเย็นลง และเพิ่มความเร็วและความแม่นยำในการตัด

 - ออกซิเจนมักใช้ในการตัดเหล็กเหนียว เนื่องจากออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับโลหะเพื่อสร้างความร้อนและเร่งกระบวนการตัดให้เร็วขึ้น

 - ไนโตรเจนใช้สำหรับวัสดุเช่นสแตนเลส เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและทำให้ขอบสะอาด

- การเคลื่อนที่ของเลเซอร์: หัวตัดเลเซอร์ที่ควบคุมโดย CNC จะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่ตั้งโปรแกรมไว้ ตามการออกแบบ ความเร็ว กำลัง และจุดโฟกัสของเลเซอร์จะถูกปรับตามวัสดุและความหนาของโลหะที่ถูกตัด

ขั้นตอนที่ 4: การระบายความร้อนและการตกแต่ง

- ขณะที่เลเซอร์ตัดผ่านวัสดุ โลหะที่หลอมละลายหรือกลายเป็นไอจะถูกเป่าออกไปโดยแก๊สช่วย ส่งผลให้การตัดสะอาดและเรียบเนียน

- หลังจากการตัดเสร็จสิ้น ขอบอาจจะเรียบหรือลบคม ขึ้นอยู่กับการตกแต่งที่ต้องการ

- เศษโลหะหรือวัสดุเหลือใช้ใดๆ ที่เหลือจะมีน้อยมากเนื่องจากความแม่นยำของเลเซอร์

4. ประเภทของการตัดด้วยเลเซอร์สำหรับโลหะ

การตัดด้วยเลเซอร์มีหลายวิธี ขึ้นอยู่กับวัสดุและการใช้งาน:

ก. การตัดการกลายเป็นไอ

- ลำแสงเลเซอร์ทำให้วัสดุร้อนจนถึงจุดเดือด ทำให้เกิดการระเหย วิธีนี้เหมาะสำหรับวัสดุ เช่น ไม้หรือพลาสติก แต่ก็ใช้กับโลหะบางได้เช่นกัน

B. การตัดแบบหลอมและเป่า (Fusion Cutting)

- วัสดุถูกให้ความร้อนจนละลาย และก๊าซแรงดันสูง (มักเป็นไนโตรเจน) จะเป่าโลหะที่หลอมเหลวออกจากการตัด วิธีนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับการตัดโลหะ เช่น สแตนเลสและอลูมิเนียม

C. การตัดปฏิกิริยา (การตัดด้วยเปลวไฟ)

- มีชื่อเรียกอีกอย่างว่าการตัดด้วยเลเซอร์โดยใช้ออกซิเจนช่วย วิธีนี้คล้ายกับการตัดด้วยเชื้อเพลิงออกซี ออกซิเจนถูกเป่าเข้าไปในบริเวณการตัด และโลหะจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้น และเร่งกระบวนการตัดให้เร็วขึ้น มักใช้สำหรับตัดเหล็กหนา

D. การแคร็กความเครียดจากความร้อน

- วัสดุที่เปราะบางชนิด เช่น แก้ว สามารถตัดได้โดยใช้การควบคุมความเครียดจากความร้อน เลเซอร์กระตุ้นให้เกิดความร้อนเฉพาะจุด และเมื่อวัสดุเย็นตัวลง มันก็จะแตกร้าวตามเส้นทางการตัด

5. ข้อดีของการตัดโลหะด้วยเลเซอร์

- ความแม่นยำสูง: การตัดด้วยเลเซอร์สามารถให้การตัดที่แม่นยำอย่างยิ่งและมีพิกัดความเผื่อต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับการออกแบบที่ซับซ้อน

- การตัดที่สะอาด: เลเซอร์จะสร้างขอบที่เรียบและสะอาด ซึ่งมักจะขจัดความจำเป็นในการตกแต่งขั้นสุดท้าย

- อเนกประสงค์: การตัดด้วยเลเซอร์ใช้ได้กับโลหะและความหนาที่หลากหลาย ตั้งแต่แผ่นบางไปจนถึงแผ่นหนา

- ลดของเสีย: การตัดด้วยเลเซอร์มีประสิทธิภาพสูง ลดการสิ้นเปลืองวัสดุเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการตัดอื่นๆ

- ความเร็ว: ให้ความเร็วในการตัดที่เร็วกว่า โดยเฉพาะเมื่อตัดโลหะที่บางกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการดั้งเดิม เช่น การตัดด้วยเครื่องจักร

6. การประยุกต์ใช้การตัดด้วยเลเซอร์ในโลหะ

การตัดด้วยเลเซอร์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้แก่:

- ยานยนต์: สำหรับการตัดชิ้นส่วนโลหะ เช่น ส่วนประกอบแชสซีและชิ้นส่วนเครื่องยนต์

- การบินและอวกาศ: เพื่อสร้างส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสำหรับเครื่องบินและยานอวกาศ

- การผลิต: สำหรับการผลิตโลหะตามสั่ง รวมถึงฉากยึด กรอบ และชิ้นส่วนโลหะแผ่น

- การทำเครื่องประดับ: สำหรับการออกแบบและลวดลายโลหะโดยละเอียด

- การก่อสร้าง: การตัดคานเหล็ก แผง และการหุ้ม

บทสรุป

โลหะตัดด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำสูง โดยให้ความแม่นยำ ความเร็ว และความยืดหยุ่นที่เหนือกว่าในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย ไม่ว่าคุณจะตัดโลหะแผ่นบางหรือแผ่นเหล็กหนา วิธีการและอุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์ที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและลดการสูญเสียวัสดุได้อย่างมาก การทำความเข้าใจกระบวนการช่วยให้มั่นใจได้ถึงการควบคุมคุณภาพที่ดีขึ้น และช่วยในการเลือกประเภทการตัดด้วยเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการงานโลหะเฉพาะ

Dongguan Fu Cheng Xin Communication Technology Co., Ltd. มุ่งมั่นที่จะพัฒนา การผลิต การประกอบ ซัพพลายเออร์ฮาร์ดแวร์บริการครบวงจร ODM ยินดีต้อนรับสู่การสอบถามเราที่ Lei.wang@dgfcd.com.cn