ประเภทของ เครื่องตัดเลเซอร์ มีกี่แบบ ใช้งานอย่างไรบ้าง?
ใครที่กำลังมองหาเครื่องตัดเลเซอร์เพื่อนำไปใช้งานในอุตสาหกรรม แต่ยังไม่ทราบถึงหลักการทำงานของเครื่องตัดเลเซอร์ รวมถึงประเภทและชนิดที่แบ่งลักษณะการทำงานของเครื่องตัดเลเซอร์อย่างชัดเจน บทความนี้ KACHA ขออาสาช่วยขยายความให้เพื่อน ๆ เข้าใจเอง!
เครื่องตัดเลเซอร์ คืออะไร?
เครื่องตัดเลเซอร์ ถือกำเนิดเป็นครั้งแรกเมื่อประมาณปีค.ศ.1965 โดยบริษัทสัญชาติอังกฤษ Western Electric Company ที่ได้ผลิตเครื่องตัดเลเซอร์ขึ้นมาสำหรับการใช้เจาะรูเพชร ซึ่งในแรกเริ่มเครื่องตัดเลเซอร์ได้ถูกนำมาใช้งานเกี่ยวกับอุตสาหกรรมอัญมณีและเครื่องประดับเสียเป็นส่วนใหญ่ ต่อมาจึงได้ถูกพัฒนาและดัดแปลงลักษณะการใช้งานจนแพร่หลายในอุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่น การใช้ตัดเหล็ก ไทเทเนียม หรือ สเตนเลส ในที่สุด
ในปัจจุบันเครื่องเลเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ตัดวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง แม่นยำ และรวดเร็ว โดยเฉพาะในวัสดุที่มีรูปร่างซับซ้อน เพราะผลลัพธ์ที่ได้จะถูกตัดออกมาเป็นชิ้นค่อนข้างละเอียด รอยตัดสวยงามเป็นที่น่าพอใจ โดยเครื่องตัดเลเซอร์จะมีทั้งแบบตัดด้วยมือ และ ติดตั้งกับระบบ CNC ที่ควบคุมการตัดด้วยคอมพิวเตอร์
หลักการทำงานของเครื่องตัดเลเซอร์
หลักการทำงานของเครื่องเลเซอร์ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ
- แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ มีหน้าที่ผลิตแสงเลเซอร์ โดยกระบวนการที่ทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซต์ ก๊าซฮีเลียม และก๊าซไนโตรเจน ผ่านตรงเข้าไปในแท่งทรงกระบอกกลวงพร้อมกัน ตามด้วยการกระตุ้นของพลังงานไฟฟ้า ซึ่งแสงเลเซอร์ที่ได้จะมีพลังงานสูง มีความถี่ที่แคบและมีความเข้ม ทำให้มีประสิทธิภาพในการตัดวัตถุอย่างรวดเร็วและแม่นยำ
- หัวตัดเลเซอร์ เป็นเหมือนเลนส์ที่ช่วยบีบให้แสงเลเซอร์เล็กลง โดยจะมีส่วนทำหน้าที่สร้างลำแสงให้ได้ความยาวคลื่นเฉพาะ เพื่อใช้ตัดวัตถุให้ขาดออกจากกันตามที่ต้องการ โดยหลังจากที่ตัดชิ้นงานแล้วเรียบร้อย หัวตัดจะนำเข้าก๊าซที่มีความดันต่ำ เพื่อเป่าไล่เศษผงของการตัดงานให้หมดไปจนไม่เหลืออร่องรอยการตัดทิ้งไว้
ประเภทของ เครื่องตัดเลเซอร์ แบ่งอย่างไร? เหมาะกับงานชนิดใดบ้าง?
ในปัจจุบันเครื่องตัดเลเซอร์ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในทุกภาคของอุตสาหกรรม อีกทั้งยังมีหลากหลายชนิดที่ถูกขายอยู่ในท้องตลาด แต่ว่าเครื่องตัดเลเซอร์แต่ละชนิดจะเหมาะกับงานและวัสดุที่แตกต่างกันไป โดยจะแบ่งประเภทของเครื่องตัดเลเซอร์ได้ดังนี้
แบ่งประเภทตามแหล่งกำเนิดแสง
1. CO2 Laser
แหล่งกำเนิดแสงของ Laser ชนิดนี้มาจากหลอด CO2 โดยทั่วๆไปจะมีกำลัง 30-180Watt โดยมีความยาวคลื่น 10.6 uM (10600 nm) ซึ่งเป็นคลื่นลำแสงที่ตาเรามองไม่เห็น (invisible light) ไม่จำเป็นต้องใส่แว่นป้องกัน เลเซอร์ชนิด CO2 จึงทำให้เป็นเลเซอร์ที่นิยมใช้มากที่สุด เนื่องจากทำงานได้หลากหลาย แต่ส่วนมากเน้นไปที่วัสดุอโลหะ
- สามารถใช้ได้ทั้งงานตัด, เชื่อม และคว้าน
- นิยมใช้กันมากที่สุด ในงานแกะสลักและตัดวัสดุอโลหะ เช่น งานอะคริลิค, ตัดผ้าที่ซ้อนกัน, แผ่นไม้, หนัง, แผ่นยาง, แผ่นพลาสติกชนิดต่างๆ
- สามารถใช้ในอุตสาหกรรมอาหารได้ เช่น ใช้ตัดชีส
- แม้จะไม่นิยม แต่สามารถนำไปใช้ในงานเลเซอร์โลหะ เช่น เลเซอร์ตัดเหล็ก, สเตนเลส หรืออลูมิเนียมได้ แต่ช่างผู้ใช้งานต้องชำนาญสูง จึงเป็นสาเหตุที่ทำให้ไม่ค่อยนิยม
- ใช้พลังงาน input สูงที่สุด เกิดความร้อนมากสุด ถ้าเทียบกับกำลังตัดที่ได้
2. Diode Laser
แหล่งกำเนิดแสงมาจากตัว Diode มีขนาดเล็กมาก จึงทำให้ได้กำลังน้อยตามไปด้วย โดยกำลังของประเภทนี้จะอยู่ที่ 1-10Watt ลำแสงที่ออกมาอยู่ในช่วง UV 405 – 1080 nm ซึ่งเป็นลำแสงที่ตาเรามองเห็น โดยจะเห็นเป็นแสงสีน้ำเงิน-ม่วง ต้องสวมอุปกรณ์ป้องกันดวงตาเมื่อใช้งาน
- เครื่องเลเซอร์มีขนาดเล็ก ให้กำลังต่ำ ทำให้ควบคุมได้ง่าย เหมาะกับงานที่ต้องใช้ความละเอียดสูง เช่น การแกะสลัก
- ไม่เหมาะงานตัดทุกชนิด ไม่แนะนำให้ใช้ร่วมกับงานตัด
- ต้องใช้แว่นป้องกัน ลำแสงมีอันตรายกับสายตา
- ปัจจุบัน Diode Laser ถูกนำไปใช้ในการแพทย์และเสริมความงาม เช่น การรักษาแผลเป็น, การจี้ผิว, จี้หูด, กระ และการกำจัดขน ทดแทนเครื่องเลเซอร์ชนิด CO2 ที่มีขนาดใหญ่และเคลื่อนย้ายไม่สะดวก
3. Fiber Laser
ถือเป็นเลเซอร์ที่มีกำลังมากที่สุด โดยมีแหล่งกำเนิดแสงมาจาก Diode Laser จำนวนมาก มารวมแสงผ่านกันที่เส้นไฟเบอร์นำแสง แสงของ Diode แต่ละเส้นจะมารวมกันเป็นเส้น Fiber เส้นใหญ่นำไปสู่หัวเลเซอร์และโฟกัสไปที่จุดเดียว Fiber Laser นิยมใช้ใน Fiber Marking 10-50Watt และ Fiber Metal Cutter ขนาด 1000-5000Watt
- เป็นเครื่องเลเซอร์ที่มีกำลังตัดสูงที่สุด
- เครื่องตัดเลเซอร์ชนิดนี้มีราคาสูงที่สุด
- มีชั่วโมงในการทำงานสูง 25,000 ชั่วโมง
- สามารถใช้ตัดและแกะสลักโลหะที่มีความหนาได้
- ขณะใช้เครื่อง Fiber Laser ต้องใช้แว่นตาป้องกัน
4. Nd:YAG or Nd:YVO (Vanadate crystal laser)
เครื่อง Nd:YAG เลเซอร์ (Yttrium-Aluminum Garnet Laser) หรือที่คนทั่วไปรู้จักในชื่อ Gentle Yag โดยเเลเซอร์จะมีความยาวของคลื่นความถี่อยู่ 2 ช่วงด้วยกัน โดยช่วงความถี่แรกความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร และ ช่วงความถี่ที่สองความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร มักถูกใช้ในอุตสาหกรรมเสริมความงาม เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยในการปรับสภาพผิวด้วยวิธีการปล่อยคลื่นความถี่ที่เหมาะสม
- สามารถใช้ในการตัดโลหะ และอโลหะได้
- สามารถใช้ในงานเชื่อมโลหะได้
- เครื่องเลเซอร์ประเภทนี้ไม่ค่อยเป็นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมตัดเลเซอร์ เนื่องจากราคาสูง รวมถึงจำนวนชั่วโมงการทำงานต่ำกว่าเครื่องตัดไฟเบอร์เลเซอร์
แบ่งประเภทตามวิธีการเคลื่อนที่ของหัวเลเซอร์
- Cartesian หรือ หัวเลเซอร์เครื่องที่ในแกน XY โดยมอเตอร์ ระบบนี้พบเห็นได้บ่อยในเครื่องตัดประเภท CO2, Fiber Laser ต่างๆในท้องตลาด
- ข้อดี เครื่องตัดที่ใช้ระบบนี้จะมีราคาถูก
- ข้อจำกัด ในด้านความเร็วของการทำงาน หัวเลเซอร์ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วมากนัก หากเคลื่อนที่เร็วเกินไปงานที่ได้จะไม่ชัดไม่สวย เช่น ถ้าแกะสลักที่ 200mm/Sec เริ่มจะเห็น Ghost (ภาพเคลื่อนจากความหน่วงของหัวฉีด)
- Galvano หรือ การกวาดแสงโดยใช้ กระจก 2 บาน เป็นตัวหักเหลำแสงเลเซอร์ ไปยังจุดต่างๆบน Table จะเห็นระบบนี้ได้มากกับ เครื่อง Fiber Laser Marking
- ข้อดี เครื่องที่ใช้ระบบนี้จะทำงานได้เร็วมาก ความเร็วถึง 5000mm/Sec ก็มีให้เห็นได้
- ข้อจำกัด คุณภาพของงานจะลดลงเมื่ออยู่ขอบชิ้นงาน ห่างจากจุดกึ่งกลางเท่าไหร่คุณภาพก็ลดลงเท่านั้น เพราะเลเซอร์จะตั้งฉากที่จุดกึ่งกลางภาพ และจะตกกระทบเป็นมุมมากขึ้นเรื่อยหากห่างจุดกี่งกลาง
- Hybrid cartesian & Galvano เป็นเทคโนโลยีเครื่องตัดเลเซอร์ที่ใหม่มาก นั่นคือการรวม เทคนิค การหักเหแสงของกระจก กับ การเคลื่อนที่ตามแกนมอเตอร์ เข้าด้วยกัน
- เครื่องตัดเลเซอร์ที่ใช้ระบบนี้จะทำให้ข้อจำกัดที่เกิดขึ้นลดลง
- สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น และแสงเลเซอร์ตกกระทบจะยังคงได้มุมฉากอยู่เสมอ
- ชิ้นงานที่ได้จะมีความสวย แม่นยำ ได้จำนวนมากขึ้นในเวลาลดลงนั่นเอง
แม้จะได้ชื่อว่าเครื่องตัดเลเซอร์เหมือนกัน แต่เครื่องตัดแต่ละชนิดก็มีวิธีการแบ่งประเภท และวัสดุที่ใช้ควบคู่ให้เหมาะสมต่างกัน รวมทั้งการเคลื่อนที่ของหัวเลเซอร์เอง ก็สามารถให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างของชิ้นงานได้ด้วย ดังนั้นใครที่กำลังมองหาเครื่องตัดเลเซอร์ไว้สำหรับใช้งานอยู่ อย่าลืมเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย และความต้องการใช้งานด้วยนะคะ!
บทความที่น่าสนใจ
ข้อมูลอ้างอิง : psstainlessthailand, print3dd, dbslase, eiamsengsteel, chi
