การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของการตัดและแกะสลักด้วยเลเซอร์
เทคโนโลยีการตัดและสลักด้วยเลเซอร์มีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิต การสร้างสรรค์งานศิลปะ และอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีความแม่นยำสูง มีประสิทธิภาพ และมีความสามารถในการประมวลผลแบบไม่สัมผัส รายงานฉบับนี้นำเสนอการวิเคราะห์อย่างละเอียดเกี่ยวกับหลักการ สมรรถนะที่สำคัญ ปัจจัยที่มีอิทธิพล การประยุกต์ใช้งาน และแนวโน้มในอนาคตของการตัดและสลักด้วยเลเซอร์
หลักการพื้นฐาน
1. การตัดด้วยเลเซอร์
การตัดด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงเพื่อทำให้วัสดุละลาย เผาให้ระเหิด หรือจุดระเบิด ในขณะที่ก๊าซช่วยเหลือ (เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน) จะพัดพาเศษวัสดุที่ละลายออกไป ทำให้สามารถแยกวัสดุได้อย่างแม่นยำ
2. การสลักด้วยเลเซอร์
การแกะสลักด้วยเลเซอร์เกี่ยวข้องกับการกัดเซาะแบบเฉพาะที่หรือปฏิกิริยาทางเคมีบนพื้นผิวของวัสดุ เพื่อสร้างเครื่องหมายหรือลวดลายที่คงทน ต่างจากการตัด การแกะสลักโดยทั่วไปจะไม่เจาะทะลุวัสดุ แต่จะเปลี่ยนแปลงพื้นผิวของวัสดุ เช่น พื้นผิวสัมผัส หรือสี
เมทริกการทํางาน
1. ความแม่นยำ
ความแม่นยำในการจัดตำแหน่ง: โดยทั่วไป ±0.01 มม. โดยระบบระดับสูงสามารถทำได้ถึง ±0.005 มม.
ความซ้ำได้: โดยทั่วไปอยู่ในช่วง ±0.02 มม. สำหรับการประมวลผลแบบชุดที่สม่ำเสมอ
ความกว้างเส้นต่ำสุด: ขึ้นอยู่กับขนาดจุดโฟกัสของเลเซอร์ (10–100 ไมครอน); เลเซอร์ความเร็วสูงสามารถทำให้เกิดการแกะสลักในระดับไมครอน
2. ความเร็วในการประมวลผล
ความเร็วในการตัด: ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุและกำลังเลเซอร์ (เช่น เลเซอร์ CO₂ สามารถตัดเหล็กกล้าไร้สนิมหนา 1 มม. ได้ที่ความเร็ว 20 ม./นาที)
ความเร็วในการแกะสลัก: การแกะสลักแบบเวกเตอร์สามารถทำได้ถึง 1000 มม./วินาที ในขณะที่การแกะสลักแบบแรสเตอร์จะช้ากว่าเนื่องจากวิธีการสแกน
3. ความเข้ากันได้ของวัสดุ
| วัสดุ | LaserType | ประสิทธิภาพ |
| โลหะ (เหล็กกล้าไร้สนิม, อลูมิเนียม, ทองแดง) | เลเซอร์ไฟเบอร์, เลเซอร์ CO₂ กำลังสูง | การตัดความแม่นยำสูง การแกะสลักด้วยการช่วยของออกซิเดชัน |
| วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ (ไม้ อคริลิก หนัง) | เลเซอร์ CO₂ (10.6 µm) | การตัดเรียบ แกะสลักได้ละเอียด |
| วัสดุคอมโพสิต (PCB เส้นใยคาร์บอน) | เลเซอร์ UV (355 nm) | เขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด (HAZ) การแกะสลักที่มีความละเอียดสูง |
4. คุณภาพพื้นผิว
ความหยาบของรอยตัด: โดยทั่วไป Ra < 10 µm (เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถทำได้ Ra < 5 µm สำหรับโลหะ)
การควบคุมความลึกของการแกะสลัก: ปรับได้ผ่านกำลังและจำนวนรอบ (ความแม่นยำ ±0.01 มม.)
ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพ
1. พารามิเตอร์เลเซอร์
ความยาวคลื่น: UV (355 นาโนเมตร) สำหรับสลักละเอียด; CO₂ (10.6 ไมครอน) สำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ
กำลังไฟฟ้า: กำลังสูงเพิ่มความเร็ว แต่อาจทำให้เกิดการบิดงอจากความร้อน
ความถี่ของพัลส์ (เลเซอร์แบบพัลส์): ส่งผลต่อประสิทธิภาพและความร้อนที่เกิดขึ้น
2. ระบบออปติก
เลนส์โฟกัส: ความยาวโฟกัสกำหนดขนาดจุดและระยะชัดลึก (เลนส์โฟกัสสั้นเพิ่มความแม่นยำ)
คุณภาพลำแสง (M²): ลำแสงใกล้ค่าดิฟแฟรกชัน (M² ≈ 1) ให้รอยตัดที่เรียบเนียน
3.การปรับปรุงกระบวนการ
ก๊าซช่วยตัด: ออกซิเจนเพิ่มความเร็ว (แต่ทำให้ขอบเกิดออกซิเดชัน); ไนโตรเจนให้รอยตัดที่สะอาด
กลยุทธ์การสแกน: แรสเตอร์สำหรับการแกะสลักพื้นที่ขนาดใหญ่ เวกเตอร์สำหรับเส้นขอบ
Applications
1. การผลิตอุตสาหกรรม
การผลิตแผ่นโลหะ: ตัดชิ้นส่วนยานยนต์/อากาศยาน
อิเล็กทรอนิกส์: การตัด FPC (Flexible PCB), การเจาะไมโคร PCB
2. งานสร้างสรรค์และการออกแบบเฉพาะ
งานศิลปะ: การสลักบนไม้/อะคริลิก, การสลักบนหนัง
ภาพนูน 3 มิติ: การสลักแบบเกรย์สเกลเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์ความลึก
3. งานการแพทย์และวิจัย
เครื่องมือผ่าตัด: เครื่องมือสเตนเลสสตีลที่ถูกตัดด้วยความแม่นยำ
ไมโครโปรเซสซิ่ง: เลเซอร์แบบอัลตราฟาสต์ (เฟมโตวินาที/พิโกวินาที) เพื่อสร้างไมโครสตรัคเจอร์
แนวโน้มในอนาคต
1. พลังงานและประสิทธิภาพสูงขึ้น: การประมวลผลด้วยหลายลำแสงเพื่อเพิ่มอัตราการผลิต
2. การทำงานอัตโนมัติอัจฉริยะ: การปรับแต่งพารามิเตอร์โดยใช้ AI
3. เลเซอร์สีเขียว: เลเซอร์ไฟเบอร์ที่ประหยัดพลังงาน
4. การนำเลเซอร์ความเร็วสูงมากมาใช้: การขยายตัวในด้านการแพทย์และเซมิคอนดักเตอร์
สรุป
การตัดและแกะเลเซอร์ให้ความแม่นยำและความหลากหลายที่เหนือชั้น ทำให้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการผลิตยุคใหม่ ความก้าวหน้าในแหล่งกำเนิดเลเซอร์ ระบบอัตโนมัติ และการควบคุมกระบวนการทำงาน จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและการประยุกต์ใช้งานของเลเซอร์ให้มากยิ่งขึ้น
