เทคโนโลยีเลเซอร์

การตัดด้วยหมัด (Punching)? ลองนึกภาพการใช้แม่พิมพ์ที่มีพลังสูงในการตัดรูปร่างจากโลหะ

การตัดด้วยเลเซอร์ (Laser cutting)? ใช้ลำแสงที่มีความเข้มข้นสูงในการตัดผ่านโลหะได้อย่างแม่นยำอย่างยิ่ง การเลือกวิธีการตัดที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อธุรกิจของคุณ

การตัดด้วยหมัดคืออะไร?

การตอกใช้แรงกลที่ควบคุมได้เพื่อขจัดวัสดุออกจากแผ่นโลหะ การกดตอกด้วยเครื่องอัดจะขับเคลื่อนแม่พิมพ์เหล็กกล้าที่ผ่านการบำบัดให้แข็ง เพื่อเจาะทะลุชิ้นงานด้วยความเร็วสูง กระบวนการนี้สามารถสร้างรู ช่อง และรูปร่างซับซ้อนได้อย่างสะอาดภายในไม่กี่วินาที

เครื่องอัดตอกสมัยใหม่ใช้ระบบไฮดรอลิกหรือระบบเชิงกล แม่พิมพ์ด้านบน (ตัวตอก) จะเคลื่อนลงผ่านวัสดุ ในขณะที่แม่พิมพ์ด้านล่าง (บล็อกแม่พิมพ์) รองรับชิ้นงาน การแยกวัสดุเกิดขึ้นเมื่อตัวตอกเจาะเข้าไปประมาณ 30% ถึง 40% ของความหนาของแผ่น

เครื่องอัดตอกมีหลายรูปแบบ ตั้งแต่เครื่องสถานีเดียวแบบง่าย ไปจนถึงระบบเติร์เร็ตที่ซับซ้อน เครื่องตอกแบบเติร์เร็ตสามารถหมุนเครื่องมือหลายชิ้นโดยอัตโนมัติ ทำให้สามารถสร้างลวดลายอย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเปลี่ยนแม่พิมพ์ด้วยตนเอง ระบบควบคุม CNC จะจัดตำแหน่งชิ้นงานอย่างแม่นยำ เพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องที่สามารถทำซ้ำได้

การตอกทำงานอย่างไร?

กระบวนการตัดด้วยการเจาะจะขจัดวัสดุออกอย่างเป็นระบบผ่านระบบการเฉือน โดยช่างปฏิบัติงานจะจัดตำแหน่งแผ่นโลหะบนโต๊ะเครื่องกด พร้อมทั้งจัดแนวให้ตรงกับระบบนำทาง จากนั้นแม่พิมพ์จะเคลื่อนลงด้วยความเร็วที่ควบคุมได้ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 100 ถึง 500 ครั้งต่อนาที

กระบวนการตัดด้วยการเจาะเกิดขึ้นในสามขั้นตอนที่แตกต่างกัน ได้แก่

ขั้นตอนการเจาะเข้า: แม่พิมพ์สัมผัสและเริ่มเข้าสู่วัสดุ

ขั้นตอนการเฉือน: วัสดุเกิดการแตกร้าวเมื่อแม่พิมพ์เจาะลึกลงไปถึงระดับหนึ่ง

ขั้นตอนการดึงออก: แม่พิมพ์ถอยกลับ ขณะที่แผ่นดันวัสดุ (stripper plate) จะป้องกันไม่ให้วัสดุติดตามแม่พิมพ์

การเลือกเครื่องมือมีผลต่อคุณภาพของรูและการผลิตอย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องมือที่ได้รับการดูแลรักษาอย่างดีและคม จะสร้างรูที่สะอาดโดยมีเสี้ยนน้อยที่สุด ช่องว่างของได (die clearance) (ระยะห่างระหว่างแม่พิมพ์กับได) ควรสอดคล้องกับความหนาและชนิดของวัสดุเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

การตัดด้วยการเจาะมีข้อดีอะไรบ้าง

การตัดด้วยการเจาะมีข้อดีหลายประการ ทำให้เป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับงานกลึงบางประเภท ข้อดีหลักๆ ได้แก่

• ความเร็วสูง: เครื่องตอกสมัยใหม่ เช่น เครื่องตอกแบบทัรเร็ต สามารถเจาะรูได้ 500 ถึง 1,000 รูต่อนาที—เร็วกว่าการตัดด้วยเลเซอร์อย่างมาก—ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว

• คุ้มค่าต่อการผลิตจำนวนมาก: การตอกมีความคุ้มค่าสูงเมื่อผลิตในปริมาณมาก หลังจากต้นทุนเครื่องมือเริ่มต้นแล้ว ต้นทุนต่อชิ้นจะต่ำมาก นอกจากนี้ยังขจัดโลหะเฉพาะในส่วนที่จำเป็น ช่วยลดของเสียจากวัสดุให้น้อยที่สุด

• ความหลากหลายในการขึ้นรูป: การตอกไม่จำกัดเพียงการเจาะรูเท่านั้น แต่ยังสามารถสร้างลอนนูน ช่องระบายอากาศ ลวดลายนูน และลักษณะพิเศษอื่นๆ ได้ในขั้นตอนเดียว เครื่องมือบางชนิดสามารถดำเนินการหลายอย่างพร้อมกัน ช่วยลดเวลาการประมวลผล

• ความสม่ำเสมอและความสามารถในการทำซ้ำ: ชิ้นส่วนทุกชิ้นเหมือนกันทุกประการ เนื่องจากใช้แรงทางกลโดยไม่เกิดความร้อน จึงไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในของโลหะ และสามารถรักษารูปร่างของชิ้นส่วนให้อยู่ในช่วง ±0.002 นิ้วได้อย่างง่ายดาย

ข้อเสียของการตอกคืออะไร?

แม้จะมีประโยชน์หลายประการ แต่การตอกเจาะก็มีข้อจำกัดบางประการที่ควรพิจารณา:

• ต้นทุนเครื่องมือเริ่มต้นสูง: เครื่องมือสำหรับการตอกเจาะอาจมีราคาแพง แม่พิมพ์แบบเฉพาะสำหรับลวดลายต่างๆ อาจมีราคาตั้งแต่ 500 ถึง 5,000 ดอลลาร์สหรัฐ ขึ้นอยู่กับขนาดและความซับซ้อน สำหรับงานผลิตจำนวนน้อย การคืนทุนจากค่าใช้จ่ายสูงเหล่านี้อาจเป็นเรื่องยาก

• ข้อจำกัดของวัสดุ: การตอกเจาะไม่เหมาะกับวัสดุทุกชนิด โดยทั่วไปสามารถทำงานกับแผ่นโลหะที่มีความหนาตั้งแต่ 0.010 นิ้ว ถึง 0.500 นิ้ว ขึ้นอยู่กับความแข็งของโลหะ โลหะที่แข็งมากอาจต้องใช้อุปกรณ์พิเศษหรือวิธีการตัดอื่นแทน

• คุณภาพขอบที่แตกต่างกัน: ขอบของโลหะที่ผ่านกระบวนการตอกขึ้นรูปไม่เรียบเสมอไป ผลลัพธ์สุดท้ายขึ้นอยู่กับประเภทของโลหะและสภาพของเครื่องมือ โลหะบางชนิดอาจมีขอบหยาบหรือแตกร้าว ซึ่งอาจจำเป็นต้องดำเนินการเพิ่มเติม เช่น การลบคมหรือขจัดสะเก็ด

• ข้อจำกัดด้านรูปทรงเรขาคณิต: การตอกเจาะมีข้อจำกัดในเรื่องขนาด ไม่สามารถทำรูขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับความหนาของวัสดุได้ การสร้างรูปร่างซับซ้อนหรือเส้นโค้งละเอียดอาจต้องใช้แม่พิมพ์ตอกแบบโปรเกรสซีฟที่มีราคาแพง หรือต้องผ่านขั้นตอนการประมวลผลหลายขั้นตอน

อะไรคือการตัดด้วยเลเซอร์?

การตัดด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงที่เข้มข้นสูงในการหลอมละลาย เผา หรือทำให้วัสดุระเหิดไปตามเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ลำแสงเลเซอร์ถูกโฟกัสอย่างแม่นยำ ทำให้สามารถตัดด้วยความละเอียดสูง แม้ว่าจะก่อให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) เล็กน้อยในบริเวณใกล้เคียง

เลเซอร์ CO2 มักใช้ในการตัดแผ่นโลหะ โดยปล่อยแสงอินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 10.6 ไมครอน อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเนื่องจากประสิทธิภาพการตัดที่เหนือกว่าและมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงขึ้น

กระบวนการตัดเกี่ยวข้องกับการดำเนินการหลายอย่างพร้อมกัน เลเซอร์จะให้ความร้อนกับโลหะจนกระทั่งหลอมละลายหรือกลายเป็นไอ จากนั้นก๊าซช่วยตัด เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน หรืออากาศ จะพัดวัสดุที่อยู่ในสถานะหลอมเหลวออกไปจากรอยตัด เครื่องจักร CNC จะเคลื่อนย้ายหัวเลเซอร์ไปตามเส้นทางที่แม่นยำ ซึ่งถูกกำหนดโดยแบบดิจิทัล

การตัดด้วยเลเซอร์สามารถทำงานกับแผ่นโลหะที่บางเพียง 0.005 นิ้ว ไปจนถึงหนา 6 นิ้ว ขึ้นอยู่กับกำลังของเลเซอร์และประเภทของวัสดุ

การทำความเข้าใจกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์

การตัดด้วยเลเซอร์เริ่มต้นจากการเตรียมไฟล์แบบร่างด้วยคอมพิวเตอร์ (CAD) ซอฟต์แวร์จัดเรียงชิ้นส่วนบนแผ่นเพื่อลดของเสีย จากนั้นโปรแกรม CNC จะแปลงรูปร่างเรขาคณิตให้เป็นคำสั่งที่เครื่องจักรสามารถอ่านได้

ระบบส่งลำแสงจะถ่ายโอนพลังงานเลเซอร์จากแหล่งกำเนิดไปยังหัวตัด สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกหรือกระจกสะท้อนจะนำทางลำแสงโดยคงความคมชัดไว้ เลนส์โฟกัสจะรวมพลังงานให้เข้มข้นเป็นจุด โดยทั่วไปมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางระหว่าง 0.006 ถึง 0.012 นิ้ว

ระบบโมชันจัดตำแหน่งหัวตัดด้วยความแม่นยำสูงมาก โดยมอเตอร์เชิงเส้นหรือไดรฟ์เซอร์โวสามารถจัดตำแหน่งได้แม่นยำภายใน ±0.001 นิ้ว การเคลื่อนที่แบบหลายแกนที่ซิงโครไนซ์กันช่วยให้สามารถตัดรูปร่างที่ซับซ้อนได้ด้วยความเร็วสูง

การตรวจสอบกระบวนการรับประกันคุณภาพของการตัดอย่างสม่ำเสมอ เซ็นเซอร์ตรวจจับจุดทะลุ ตรวจสอบแรงดันก๊าซช่วยเหลือ และติดตามการจัดแนวของลำแสง การควบคุมความสูงโดยอัตโนมัติรักษำตำแหน่งโฟกัสที่เหมาะสมที่สุดเทียบกับพื้นผิวของวัสดุ

ข้อดีของการตัดด้วยเลเซอร์คืออะไร

การตัดด้วยเลเซอร์เป็นที่รู้จักกันดีในด้านความแม่นยำสูงและผลลัพธ์ที่สะอาด โดยมีข้อได้เปรียบหลายประการสำหรับการผลิตยุคใหม่

• ความแม่นยำและความถูกต้องสูง: การตัดด้วยเลเซอร์สามารถทำได้ในช่วงความคลาดเคลื่อนที่แคบมาก โดยทั่วไปประมาณ ±0.002 นิ้ว และมีการเบี้ยว (taper) น้อยมาก สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนและแม่นยำสูงได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เครื่องมือทางกายภาพที่มีราคาแพง

• ความยืดหยุ่นในการออกแบบและการผลิตที่รวดเร็ว: การเปลี่ยนแปลงการออกแบบสามารถทำได้ง่ายเพียงแค่อัปเดตโปรแกรมของเครื่อง มักใช้เวลาไม่กี่นาที ส่งผลให้การตัดด้วยเลเซอร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างต้นแบบ และการผลิตปริมาณน้อยถึงปานกลาง

• ความหลากหลายของวัสดุ: เครื่องเลเซอร์สามารถตัดวัสดุได้หลากหลายประเภท รวมถึงโลหะ พลาสติก เซรามิก และวัสดุคอมโพสิต โดยให้ผลลัพธ์ที่มีคุณภาพสูงทั้งกับแผ่นเหล็กที่บางและหนา

• คุณภาพขอบที่ยอดเยี่ยม: ขอบที่ได้มักเรียบมาก จนมักไม่จำเป็นต้องทำการตกแต่งเพิ่มเติม อีกทั้งเมื่อตั้งค่าเครื่องอย่างเหมาะสม รอยตัดจะตรง สะอาด และมีโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดเล็ก

• ไม่มีการสึกหรอของเครื่องมือ: เนื่องจากลำแสงเลเซอร์ไม่สัมผัสกับวัสดุโดยตรง จึงไม่มีการสึกหรอของเครื่องมือ ช่วยลดต้นทุนและเวลาที่สูญเสียไปกับการเปลี่ยนชุดแม่พิมพ์ตัดและดาย

ข้อเสียหลักของการตัดด้วยเลเซอร์มีอะไรบ้าง

แม้จะมีชื่อเสียงในด้านความแม่นยำ แต่การตัดด้วยเลเซอร์ก็มีข้อเสียบางประการที่อาจส่งผลต่อเวลาการผลิต ต้นทุน และการเลือกวัสดุ

• ช้ากว่าสำหรับรูปทรงเรียบง่าย: การตัดด้วยเลเซอร์โดยทั่วไปมีความเร็วช้ากว่าการตัดด้วยเครื่องเจาะในการผลิตรูปทรงเรียบง่ายและรูมาตรฐาน สำหรับการออกแบบที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้การตัดหลายรอบ ความเร็วโดยรวมจะลดลง ซึ่งอาจเป็นปัญหาสำหรับการผลิตจำนวนมากที่มีกำหนดเวลาที่เข้มงวด

• ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานสูง: เครื่องตัดด้วยเลเซอร์มีการใช้พลังงานสูงและต้องได้รับการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ ส่วนประกอบต่างๆ เช่น หลอดเลเซอร์ เลนส์ และกระจก จะเสื่อมสภาพและจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ ค่าใช้จ่ายของก๊าซช่วยตัด เช่น ไนโตรเจนหรือออกซิเจน ก็เพิ่มภาระค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานด้วย

• ข้อจำกัดด้านวัสดุและความหนา: ความสามารถในการตัดถูกจำกัดด้วยประเภทและความหนาของวัสดุ ซึ่งขึ้นอยู่กับกำลังของเลเซอร์ วัสดุที่สะท้อนแสง เช่น ทองแดงและอลูมิเนียม อาจตัดได้ยาก สำหรับชิ้นงานที่มีความหนามากอาจต้องใช้การตัดหลายรอบหรืออุปกรณ์พิเศษ

• โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ): การป้อนความร้อนระหว่างการตัดสามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางโลหะวิทยาใกล้กับขอบที่ถูกตัด ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของชิ้นส่วน บางแอปพลิเคชันอาจต้องการกระบวนการต่อเนื่องเพื่อจัดการกับ HAZ

ความแตกต่างระหว่างการเจาะและการตัดด้วยเลเซอร์คืออะไร

ความแตกต่างหลักอยู่ที่วิธีการนำวัสดุออก และลักษณะเฉพาะของรอยตัดที่ได้

การเจาะใช้แรงกลไกที่มีกำลังสูงในการเฉือนวัสดุ ซึ่งจะสร้างขอบที่มีลักษณะเฉพาะทั้งบริเวณที่ถูกเฉือน (เรียบ) และบริเวณที่แตกร้าว (ขรุขระ) ชิ้นวัสดุที่ถูกนำออก (สลัก) จะถูกดันออกไปจากร่างแผ่นหลักอย่างสมบูรณ์

การตัดด้วยเลเซอร์ในทางตรงกันข้าม ใช้พลังงานความร้อนในการนำวัสดุออก เลเซอร์จะทำให้โลหะละลายหรือกลายเป็นไอตามแนวการตัด สร้างช่องแคบเรียบ known as kerf และทิ้งขอบที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ไม่เหมือนกับการเจาะ การตัดด้วยเลเซอร์นำวัสดุออกอย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถสร้างรูปร่างที่ซับซ้อนมากได้ ซึ่งเป็นไปไม่ได้ด้วยการเจาะ

ตารางเปรียบเทียบระหว่างการเจาะและการตัดด้วยเลเซอร์:

ในมุมมองของการผลิต การตัดด้วยแม่พิมพ์เหมาะสำหรับการสร้างลักษณะเฉพาะอย่างรูเจาะและรูปร่างง่ายๆ ได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่การตัดด้วยเลเซอร์ให้ความยืดหยุ่นสูงกว่าในด้านรูปทรงเรขาคณิต สำหรับเส้นโค้งซับซ้อนและรายละเอียดที่ประณีต

วิธีเลือก: การตัดด้วยแม่พิมพ์ หรือ การตัดด้วยเลเซอร์?

การเลือกระหว่างการตัดด้วยแม่พิมพ์และการตัดด้วยเลเซอร์ขึ้นอยู่กับความต้องการของโครงการ ปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณการผลิต ความซับซ้อนของรูปทรงเรขาคณิต ประเภทวัสดุ และต้นทุนโดยรวม มีบทบาทสำคัญทั้งสิ้น

1. ตามปริมาณการผลิต

สำหรับงานผลิตจำนวนมาก (มากกว่า 1,000 ชิ้น) การตัดด้วยแม่พิมพ์มักเป็นทางเลือกที่ดีกว่าเนื่องจากความเร็วและต้นทุนต่อชิ้นที่ต่ำกว่า สำหรับการทดสอบแบบหรือผลิตจำนวนน้อย การตัดด้วยเลเซอร์มีความยืดหยุ่นและคุ้มค่ากว่า เพราะไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงในการทำแม่พิมพ์

2. ตามขนาดและดีไซน์ของชิ้นส่วน

รูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วนมีความสำคัญอย่างยิ่ง การตัดด้วยแม่พิมพ์เหมาะกับรูเจาะง่ายๆ และรูปร่างพื้นฐาน หากการออกแบบของคุณมีเส้นโค้งซับซ้อน รายละเอียดเล็กๆ หรือต้องการความแม่นยำสูงมาก การตัดด้วยเลเซอร์จะเป็นตัวเลือกที่เหนือกว่า

3. ตามประเภทวัสดุ

ทั้งสองวิธีทำงานได้ดีกับโลหะแผ่นบาง (น้อยกว่า 0.125 นิ้ว) สำหรับวัสดุที่หนากว่านั้น การตัดด้วยเลเซอร์มักให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า ควรระมัดระวังเมื่อใช้วัสดุที่สะท้อนแสงสูง เช่น ทองแดง หรืออลูมิเนียมเปล่า เนื่องจากอาจก่อให้เกิดปัญหาต่อเครื่องตัดเลเซอร์

4. ตามต้นทุนและประสิทธิภาพ

เพื่อค้นหาคุณค่าที่ดีที่สุด ควรพิจารณาต้นทุนรวม — ไม่ใช่แค่เวลาทำงานของเครื่องจักร การเจาะอาจต้องใช้อุปกรณ์พิเศษที่มีราคาแพงและการตั้งค่าใช้เวลานาน ในขณะที่การตัดด้วยเลเซอร์อาจช้ากว่าต่อชิ้น แต่มักจะต้องการกระบวนการรองน้อยกว่า ทางเลือกที่ดีกว่าขึ้นอยู่กับความต้องการการผลิตเฉพาะของคุณ

การเจาะเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชิ้นส่วนจำนวนมากที่มีรูปร่างเรียบง่าย มีความเร็วสูงและต้นทุนต่อชิ้นต่ำ โดยเฉพาะสำหรับรูปทรงพื้นฐานเช่น วงกลมหรือสี่เหลี่ยม ในขณะที่การตัดด้วยเลเซอร์เหมาะสมกว่าสำหรับรูปร่างขนาดใหญ่และซับซ้อน แม้ในปริมาณน้อยกว่าก็ตาม ให้ความแม่นยำและความยืดหยุ่นสูงกว่า แม้จะมีต้นทุนต่อชิ้นที่สูงกว่าเล็กน้อย

ทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับจำนวนชิ้นส่วนที่ต้องการ ความซับซ้อนของดีไซน์ และงบประมาณ ในความเป็นจริงผู้ผลิตจำนวนมากจะใช้ทั้งสองวิธีร่วมกัน โดยเลือกวิธีที่ดีที่สุดสำหรับงานแต่ละประเภท การรวมกระบวนการเจาะและการตัดด้วยเลเซอร์มักจะให้ผลลัพธ์โดยรวมที่ดีที่สุด