เนื่องจากไม่มีต้นทุนในการประมวลผลเครื่องมือ อุปกรณ์ตัดเลเซอร์จึงเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กที่มีขนาดต่างๆ กันซึ่งไม่สามารถประมวลผลได้มาก่อน อุปกรณ์ตัดเลเซอร์มักใช้เครื่องมือควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) หลังจากใช้เครื่องมือนี้แล้ว คุณสามารถใช้สายโทรศัพท์เพื่อรับข้อมูลการตัดจากสถานีงานออกแบบด้วยความช่วยเหลือของคอมพิวเตอร์ (CAD)
หลักการ
การตัดด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นกำลังสูงที่โฟกัสเพื่อฉายรังสีไปยังชิ้นงาน ทำให้วัสดุที่ฉายรังสีหลอมละลาย ระเหย สึกกร่อน หรือถึงจุดติดไฟอย่างรวดเร็ว และในขณะเดียวกัน วัสดุที่หลอมละลายจะถูกพัดออกไปด้วยกระแสลมความเร็วสูงที่โคแอกเซียลกับลำแสง ทำให้สามารถตัดชิ้นงานได้ การตัดด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการตัดด้วยความร้อนวิธีหนึ่ง
หลักการตัดด้วยเลเซอร์แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
การจัดหมวดหมู่
การตัดด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ การตัดด้วยการระเหยด้วยเลเซอร์ การตัดด้วยการหลอมด้วยเลเซอร์ การตัดด้วยออกซิเจนด้วยเลเซอร์ และการขีดเขียนและหักด้วยเลเซอร์
1. การตัดด้วยเลเซอร์
ชิ้นงานได้รับความร้อนจากลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ถึงจุดเดือดของวัสดุในเวลาอันสั้นมาก และวัสดุจะเริ่มระเหยและกลายเป็นไอ ไอจะถูกขับออกด้วยความเร็วสูง และเกิดการตัดบนวัสดุในขณะที่ไอถูกขับออก ความร้อนจากการระเหยของวัสดุโดยทั่วไปจะสูงมาก ดังนั้นการตัดด้วยการระเหยด้วยเลเซอร์จึงต้องใช้พลังงานและความหนาแน่นของพลังงานมาก
การตัดด้วยการระเหยด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่ใช้ในการตัดวัสดุโลหะที่มีความบางมากและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ (เช่น กระดาษ ผ้า ไม้ พลาสติก และยาง เป็นต้น)
2. การตัดหลอมด้วยเลเซอร์
ในการตัดด้วยเลเซอร์นั้น จะใช้ความร้อนจากเลเซอร์ในการหลอมโลหะ จากนั้นจึงฉีดพ่นก๊าซที่ไม่เป็นออกซิไดซ์ (Ar, He, N เป็นต้น) ผ่านหัวฉีดที่อยู่ร่วมแกนกับลำแสง โลหะเหลวจะถูกปล่อยออกมาด้วยแรงดันของก๊าซที่รุนแรงเพื่อสร้างรอยตัด การตัดด้วยเลเซอร์นั้นไม่จำเป็นต้องทำให้โลหะกลายเป็นไออย่างสมบูรณ์ และใช้พลังงานเพียง 1/10 ของการตัดด้วยการทำให้กลายเป็นไอเท่านั้น
การตัดด้วยการหลอมเลเซอร์ส่วนใหญ่ใช้ในการตัดวัสดุบางชนิดที่ไม่ออกซิไดซ์ได้ง่ายหรือโลหะที่มีฤทธิ์ เช่น สแตนเลส ไททาเนียม อลูมิเนียม และโลหะผสมของโลหะเหล่านี้
3. การตัดออกซิเจนด้วยเลเซอร์
หลักการของการตัดด้วยออกซิเจนด้วยเลเซอร์นั้นคล้ายคลึงกับการตัดด้วยออกซีอะเซทิลีน โดยใช้เลเซอร์เป็นแหล่งความร้อนในการอุ่นล่วงหน้าและใช้ก๊าซที่มีฤทธิ์ เช่น ออกซิเจนเป็นก๊าซที่ใช้ในการตัด ในแง่หนึ่ง ก๊าซที่พ่นออกมาจะทำปฏิกิริยากับโลหะที่ใช้ตัดเพื่อสร้างปฏิกิริยาออกซิเดชันและปลดปล่อยความร้อนออกซิเดชันในปริมาณมาก ในอีกแง่หนึ่ง ออกไซด์ที่หลอมละลายและของหลอมเหลวจะถูกเป่าออกจากโซนปฏิกิริยาเพื่อสร้างรอยบากบนโลหะ เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชันระหว่างกระบวนการตัดจะสร้างความร้อนจำนวนมาก พลังงานที่จำเป็นสำหรับการตัดด้วยออกซิเจนด้วยเลเซอร์จึงมีเพียง 1/2 ของพลังงานสำหรับการตัดด้วยการหลอมเหลว และความเร็วในการตัดจะมากกว่าการตัดด้วยการระเหยและการตัดด้วยการหลอมเหลวด้วยเลเซอร์มาก การตัดด้วยออกซิเจนด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่ใช้สำหรับวัสดุโลหะที่ออกซิไดซ์ได้ง่าย เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไททาเนียม และเหล็กกล้าที่ผ่านการอบด้วยความร้อน
4. การขีดเขียนด้วยเลเซอร์และการหักที่ควบคุมได้
การขีดเขียนด้วยเลเซอร์ใช้เลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงในการสแกนพื้นผิวของวัสดุเปราะบาง ซึ่งทำให้วัสดุระเหยเป็นร่องเล็กๆ เมื่อได้รับความร้อน จากนั้นจึงใช้แรงกดในระดับหนึ่งเพื่อให้วัสดุเปราะบางแตกร้าวตามร่องเล็กๆ เลเซอร์ที่ใช้ในการขีดเขียนด้วยเลเซอร์โดยทั่วไปคือเลเซอร์ Q-switched และเลเซอร์ CO2
การแตกหักแบบควบคุมใช้การกระจายอุณหภูมิที่สูงชันซึ่งเกิดจากการสร้างร่องด้วยเลเซอร์เพื่อสร้างความเค้นความร้อนในบริเวณนั้นในวัสดุเปราะบาง ส่งผลให้วัสดุแตกหักตามร่องเล็กๆ
คุณสมบัติ
เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการตัดด้วยความร้อนแบบอื่น ลักษณะทั่วไปของการตัดด้วยเลเซอร์คือความเร็วในการตัดที่รวดเร็วและคุณภาพสูง สามารถสรุปได้ดังนี้
⑴ คุณภาพการตัดที่ดี
เนื่องจากจุดเลเซอร์ขนาดเล็ก ความหนาแน่นของพลังงานสูง และความเร็วในการตัดที่รวดเร็ว การตัดด้วยเลเซอร์จึงสามารถให้คุณภาพการตัดที่ดีขึ้นได้
① แผลตัดด้วยเลเซอร์มีความแคบ โดยด้านข้างทั้งสองของแผลขนานและตั้งฉากกับพื้นผิว และความแม่นยำของมิติของชิ้นส่วนที่ตัดสามารถเข้าถึง ±0.05 มม.
② พื้นผิวที่ตัดมีความเรียบเนียนและสวยงาม โดยมีความหยาบของพื้นผิวเพียงสิบไมครอน การตัดด้วยเลเซอร์สามารถใช้เป็นกระบวนการขั้นสุดท้ายได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องจักร และสามารถใช้ชิ้นส่วนได้โดยตรง
③ หลังจากที่วัสดุถูกตัดด้วยเลเซอร์แล้ว ความกว้างของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะเล็กมาก ประสิทธิภาพของวัสดุใกล้รอยแยกแทบจะไม่ได้รับผลกระทบ และการเสียรูปของชิ้นงานจะเล็ก ความแม่นยำในการตัดสูง รูปทรงเรขาคณิตของรอยแยกนั้นดี และรูปร่างหน้าตัดของรอยแยกนั้นมีรูปร่างสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างการตัดด้วยเลเซอร์ การตัดด้วยออกซีอะเซทิลีน และการตัดด้วยพลาสม่า วัสดุที่ใช้ตัดคือแผ่นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำหนา 6.2 มม.
⑵ ประสิทธิภาพการตัดสูง เนื่องจากลักษณะการส่งผ่านของเลเซอร์ เครื่องตัดเลเซอร์จึงมักติดตั้งโต๊ะทำงาน CNC หลายตัว และสามารถควบคุมกระบวนการตัดทั้งหมดด้วย CNC ได้อย่างสมบูรณ์ ในระหว่างการทำงาน คุณเพียงแค่ต้องเปลี่ยนโปรแกรม CNC เพื่อตัดชิ้นส่วนที่มีรูปร่างต่างๆ ซึ่งสามารถตัดได้ทั้งแบบสองมิติและสามมิติ
⑶ ความเร็วในการตัดที่รวดเร็ว
เมื่อตัดแผ่นเหล็กคาร์บอนต่ำหนา 2 มม. ด้วยเลเซอร์ 1200W ความเร็วในการตัดสามารถสูงถึง 600 ซม./นาที เมื่อตัดแผ่นเรซินโพลีโพรพีลีนหนา 5 มม. ความเร็วในการตัดสามารถสูงถึง 1200 ซม./นาที ไม่จำเป็นต้องยึดและยึดวัสดุระหว่างการตัดด้วยเลเซอร์ ซึ่งช่วยประหยัดทั้งเครื่องมือและอุปกรณ์ติดตั้ง รวมถึงเวลาเสริมในการโหลดและขนถ่าย
⑷ การตัดแบบไม่สัมผัส
ในระหว่างการตัดด้วยเลเซอร์ คบเพลิงตัดจะไม่สัมผัสกับชิ้นงาน และเครื่องมือก็ไม่สึกหรอ หากต้องการประมวลผลชิ้นส่วนที่มีรูปร่างต่างกัน ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน "เครื่องมือ" เพียงแค่เปลี่ยนพารามิเตอร์เอาต์พุตของเลเซอร์เท่านั้น กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์มีเสียงรบกวนต่ำ การสั่นสะเทือนต่ำ และไม่มีมลพิษ
⑸ วัสดุตัดได้หลายประเภท
เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดด้วยออกซีอะเซทิลีนและการตัดด้วยพลาสม่า วัสดุที่ตัดด้วยเลเซอร์มีหลายประเภท ได้แก่ โลหะ อโลหะ วัสดุคอมโพสิตที่มีและไม่มีโลหะเป็นส่วนประกอบ หนัง ไม้ และไฟเบอร์ อย่างไรก็ตาม สำหรับวัสดุที่แตกต่างกัน เนื่องมาจากคุณสมบัติทางเทอร์โมฟิสิกส์ของตัวเองและอัตราการดูดซับเลเซอร์ที่แตกต่างกัน จึงทำให้วัสดุเหล่านี้มีความสามารถในการปรับตัวในการตัดด้วยเลเซอร์ที่แตกต่างกัน การใช้เลเซอร์ CO2 แสดงประสิทธิภาพการตัดด้วยเลเซอร์ของวัสดุต่างๆ ในตารางที่ 2
(6) ข้อเสีย: เนื่องจากข้อจำกัดของกำลังเลเซอร์และขนาดอุปกรณ์ การตัดด้วยเลเซอร์จึงสามารถตัดแผ่นและท่อที่มีความหนาปานกลางและเล็กได้เท่านั้น และเมื่อความหนาของชิ้นงานเพิ่มขึ้น ความเร็วในการตัดจะลดลงอย่างมาก
