วิธีเลือกเครื่องเชื่อมเลเซอร์สำหรับชิ้นส่วนความแม่นยำสูงอย่างไร

ทำความเข้าใจประเภทของเครื่องเชื่อมเลเซอร์และแหล่งกำเนิดลำแสง

ประเภทของเครื่องเชื่อมเลเซอร์: ไฟเบอร์, CO2 และ YAG

เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ในยุคปัจจุบัน แหล่งกำเนิดลำแสงหลักที่ผู้ผลิตนิยมใช้มีอยู่สามประเภท ได้แก่ เลเซอร์ไฟเบอร์ซึ่งทำงานที่ความยาวคลื่นประมาณ 1.06 ไมครอน, เลเซอร์ CO2 ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าที่ 10.6 ไมครอน และเลเซอร์ YAG ซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 1.06 ไมครอน เช่นเดียวกับเลเซอร์ไฟเบอร์ เลเซอร์ไฟเบอร์ได้เข้ามาครองตลาดไปเกือบหมดแล้วสำหรับงานวัสดุบางที่มีความหนาน้อยกว่า 2 มม. เพราะมีประสิทธิภาพสูงกว่าระบบ CO2 รุ่นเก่าประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตาม สำหรับโลหะที่สะท้อนแสงได้ดี เช่น ทองแดง โรงงานหลายแห่งยังคงเลือกใช้เลเซอร์ YAG แบบพัลส์ เนื่องจากสามารถสร้างกำลังไฟสูงสุดได้น่าประทับใจถึง 10 กิโลวัตต์ และเราก็ไม่ควรลืมเลเซอร์ CO2 ไปเสียทีเดียว เพราะพวกมันยังไม่หายไปจากวงการโดยสิ้นเชิง โดยยังคงถูกใช้งานอยู่ในกระบวนการผลิตรถยนต์บางประเภทที่ต้องการความสามารถในการเจาะลึกชิ้นงานระหว่าง 3 ถึง 10 มม. สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้าง

แหล่งกำเนิดลำแสงเลเซอร์และบทบาทของพวกมันในแอปพลิเคชันความแม่นยำสูง

คุณภาพของลำแสงเลเซอร์ที่วัดจากปัจจัย M กำลังสอง ร่วมกับความยาวคลื่นของมัน มีบทบาทสำคัญอย่างมากต่อความแม่นยำในการเชื่อมเมื่อทำงานกับชิ้นส่วนขนาดเล็ก เลเซอร์ไฟเบอร์โดยทั่วไปมีค่า M กำลังสองต่ำกว่า 1.1 ซึ่งทำให้สามารถสร้างจุดโฟกัสได้เล็กถึง 20 ไมโครเมตร ทำให้เหมาะสำหรับงานต่างๆ เช่น การเชื่อมแท็บแบตเตอรี่ เมื่อเทียบกับเลเซอร์ CO2 ที่โดยทั่วไปจะสร้างจุดที่ใหญ่กว่ามาก ประมาณ 150 ไมโครเมตร อีกความแตกต่างหนึ่งที่สำคัญคืออัตราการดูดซับความยาวคลื่น ที่ความยาวคลื่น 1.06 ไมโครเมตร เลเซอร์ไฟเบอร์ถูกดูดซับได้ดีมากโดยโลหะส่วนใหญ่ จากผลการวิจัยพบว่ามีอัตราการดูดซับสูงถึงประมาณ 94 เปอร์เซ็นต์ในเหล็กกล้าไร้สนิม ในขณะที่เลเซอร์ CO2 ดูดซับได้เพียงประมาณ 12 เปอร์เซ็นต์บนพื้นผิวอลูมิเนียม เนื่องจากเหตุผลทั้งหมดนี้ เลเซอร์ไฟเบอร์จึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อต้องการความแม่นยำสูงภายใต้ค่าความคลาดเคลื่อน 50 ไมโครเมตรในงานด้านการบินและอวกาศ ซึ่งความแม่นยำมีความสำคัญที่สุด

เหตุใดเลเซอร์ไฟเบอร์จึงครองตลาดในสภาพแวดล้อมการเชื่อมขนาดเล็ก

ประมาณสองในสามของสายการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ทั้งหมดในปัจจุบันใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ เนื่องจากใช้พื้นที่น้อย ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนชิ้นส่วน และทำงานได้ดีกว่าอย่างต่อเนื่อง เลเซอร์เหล่านี้สามารถปล่อยพลังงานเป็นจังหวะ (pulse) ได้ระหว่าง 1 ถึง 1,000 ครั้งต่อวินาที ซึ่งช่วยควบคุมความร้อนที่ส่งไปยังวัสดุให้อยู่ที่ประมาณ 3 จูลต่อตารางมิลลิเมตร ซึ่งเย็นกว่าระบบที่ใช้เลเซอร์ YAG รุ่นเก่าถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ทำให้มีโอกาสบิดงองานชิ้นส่วนแคโทเทเตอร์บางพิเศษที่มีความหนาเพียง 0.1 มม. ลดลงอย่างมาก ระบบไฟเบอร์ที่ทำงานแบบอัตโนมัติยังคงความแม่นยำภายในช่วง ±5 ไมโครเมตร แม้จะทำการเชื่อมต่อเนื่องกันมากกว่าหมื่นครั้งโดยไม่มีข้อผิดพลาด ในทางกลับกัน เลเซอร์ CO2 จำเป็นต้องมีผู้ปฏิบัติงานปรับแต่งออพติกส์ทุกสัปดาห์เพื่อรักษาประสิทธิภาพการทำงาน

การปรับกำลังเลเซอร์และการควบคุมจังหวะให้เหมาะสมกับความต้องการของการเชื่อมขนาดเล็ก

พารามิเตอร์หลัก: ความหนาแน่นของพลังงาน, ความกว้างของจังหวะ, ความถี่, และคลื่นรูปแบบ

การได้มาซึ่งผลลัพธ์ที่ดีจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์ จำเป็นต้องมีการปรับแต่งค่าต่างๆ ที่สำคัญหลายประการอย่างระมัดระวัง ความหนาแน่นของกำลังงาน ซึ่งวัดเป็นวัตต์ต่อตารางมิลลิเมตร จะกำหนดความลึกของการเชื่อมที่แทรกซึมเข้าสู่วัสดุ สำหรับการเชื่อมขนาดเล็กมากนี้ ผู้ปฏิบัติงานส่วนใหญ่มักใช้ระดับกำลังงานไม่เกิน 5 กิโลวัตต์สูงสุด เมื่อทำงานกับวัสดุบางที่มีความหนาน้อยกว่าครึ่งมิลลิเมตร การควบคุมระยะเวลาของพัลส์ให้ต่ำกว่า 10 มิลลิวินาทีจะช่วยป้องกันการสะสมความร้อนมากเกินไป อัตราการจ่ายพลังงานโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 1 ถึง 100 เฮิรตซ์ ขึ้นอยู่กับประเภทของชิ้นงานที่ต้องการเชื่อม ผลการศึกษาล่าสุดบางชิ้นพบว่า เมื่อช่างเชื่อมปรับรูปคลื่นของเลเซอร์โดยควบคุมช่วงเริ่มต้นและสิ้นสุด พวกเขาสามารถลดการกระเด็นของโลหะได้ประมาณ 34 เปอร์เซ็นต์ โดยเฉพาะในการเชื่อมต่อระหว่างทองแดงกับนิกเกิล การปรับแต่งในลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการได้มาซึ่งรอยเชื่อมคุณภาพสูง โดยไม่ทำลายชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อน

การปรับสมดุลของผลผลิตกำลังงานกับการจัดการความร้อน เพื่อป้องกันความเสียหายของวัสดุ

ระบบเลเซอร์แบบพัลส์ช่วยลดความเสียหายจากความร้อน เนื่องจากโดยทั่วไปจะรักษาระดับรอบการทำงาน (duty cycle) ต่ำกว่า 30% เสมอ ระหว่างแต่ละพัลส์จะมีช่วงเวลาในการระบายความร้อนซึ่งมักอยู่ระหว่าง 0.1 มิลลิวินาที ถึง 3 มิลลิวินาที สิ่งนี้หมายความว่าบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะมีขนาดเล็กมาก มักจะน้อยกว่าครึ่งไมโครเมตรในชิ้นส่วนสแตนเลสที่ใช้ในงานทางการแพทย์ เมื่อทำงานกับโลหะที่นำความร้อนได้ดี เช่น อลูมิเนียมคุณภาพสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ผู้ปฏิบัติงานมักใช้ก๊าซป้องกันที่อัตราประมาณ 15 ถึง 20 ลิตรต่อนาที โดยใช้อาร์กอน ซึ่งจะช่วยขจัดความร้อนที่เหลืออยู่หลังจากการเชื่อม ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับวัสดุประเภทนี้ เพราะแม้เพียงความร้อนตกค้างในปริมาณเล็กน้อยก็อาจก่อให้เกิดปัญหาในขั้นตอนต่อไปได้

กรณีศึกษา: การปรับแต่งค่าเลเซอร์สำหรับสายสวนทางการแพทย์แบบบางผนัง

ความก้าวหน้าล่าสุดในการเชื่อมแคเทเทอร์ไนติโนลเคลือบพอลิเมอร์ด้วยเลเซอร์ได้แสดงให้เห็นถึงการทำงานร่วมกันของค่าตั้งเลเซอร์ที่แตกต่างกัน เมื่อนักวิจัยใช้พัลส์ 5 มิลลิวินาที ที่ความถี่ 50 เฮิรตซ์ ร่วมกับความหนาแน่นพลังงานประมาณ 80 จูลต่อตารางเซนติเมตร ปัญหาการหลุดลอกที่มักเกิดขึ้นในระบบคลื่นต่อเนื่องแบบดั้งเดิมก็หมดไป สิ่งที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นคือ เมื่อวิศวกรเริ่มใช้การสั่นสะเทือนลำแสงแทนการคงตำแหน่งลำแสงเลเซอร์ให้นิ่ง ก็พบว่าอุณหภูมิลดลงประมาณ 112 องศาเซลเซียส ซึ่งส่งผลอย่างมากต่อการรักษาชั้นเคลือบที่ไวต่อชีวภาพ (bioactive coatings) บนอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพ ISO 13485

เลเซอร์แบบพัลส์ เทียบกับ เลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง (CW) สำหรับการประยุกต์ใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง

เลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์ เทียบกับ CW: ทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กและชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อน

เลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์ทำงานได้ดีมากสำหรับงานเชื่อมขนาดเล็กที่ต้องการจำกัดการกระจายความร้อนให้น้อยที่สุด เลเซอร์เหล่านี้ปล่อยพลังงานเป็นช่วงสั้นๆ แทนที่จะเป็นลำแสงต่อเนื่อง ในทางกลับกัน เลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง (CW) จะเหมาะสมกว่าเมื่อทำงานกับวัสดุที่หนา เนื่องจากสามารถรักษาระดับผลผลิตที่สม่ำเสมอตลอดกระบวนการ เมื่อทำงานกับชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กกว่าครึ่งมิลลิเมตร ซึ่งพบได้บ่อยในผลิตภัณฑ์เช่น อุปกรณ์ฝังร่างกายทางการแพทย์ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ระบบแบบพัลส์สามารถลดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้ประมาณ 60 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม ตามการวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีเลเซอร์ในปี 2023 นอกจากนี้ ยังมีแนวทางแบบผสมผสานที่ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถสลับระหว่างโหมดเลเซอร์ต่างๆ ได้อย่างราบรื่นระหว่างการผลิต ความยืดหยุ่นนี้ได้เปิดโอกาสใหม่ๆ ในการประกอบผลิตภัณฑ์ที่ซับซ้อนซึ่งทำจากวัสดุหลายชนิดในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตอากาศยานและสายการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

การควบคุมพลังงานความร้อนโดยใช้เลเซอร์แบบพัลส์ในชิ้นส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน

เลเซอร์แบบพัลส์ทำงานได้อย่างมหัศจรรย์โดยการปล่อยพลังงานเป็นช่วงสั้นๆ ระหว่าง 1 ถึง 10 มิลลิวินาที ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการบิดงอที่รบกวนในชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อน เช่น แท็บแบตเตอรี่ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยก็สามารถทำลายซีลบนชิ้นส่วนขนาดเล็กเหล่านี้ได้อย่างร้ายแรง การศึกษาบางชิ้นที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วแสดงให้เห็นว่า เมื่อผู้ผลิตเปลี่ยนมาใช้ระบบเลเซอร์แบบพัลส์ ปริมาณของเสียจากการเชื่อมชิ้นส่วนเครื่องกระตุ้นหัวใจลดลงอย่างมาก โดยมีของเสียลดลงประมาณ 42% โดยรวม ขณะนี้โรงงานส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีนี้เป็นวิธีหลักในการเชื่อมวัสดุคอมโพสิตโพลิเมอร์ที่บางมาก หนาประมาณ 0.1 มม. เรามาพูดถึงสมาร์ตวอทช์ เครื่องติดตามสุขภาพ และอุปกรณ์ต่างๆ ที่เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ต ซึ่งความแม่นยำมีความสำคัญที่สุด

การเชื่อมจุดด้วยความถี่สูงโดยใช้ระบบกาลโว-พัลส์

ระบบกาลโว-พัลส์รุ่นใหม่สามารถทำได้ 500–1,000 จุดต่อนาที โดยมีความซ้ำซากได้ 10 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นไปได้ด้วย:

พารามิเตอร์	ประสิทธิภาพของเลเซอร์แบบ CW	ข้อได้เปรียบของเลเซอร์แบบพัลส์
ขนาดของจุด	200–500μm	20–50μm
ปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า	15–25 J/mm²	3–8 J/mm²
ข้อกำหนดด้านการระบายความร้อน	ระบบทำความเย็นด้วยน้ำแบบแอคทีฟ	การระบายความร้อนแบบพาสซีฟด้วยอากาศ

ความสามารถนี้ช่วยให้สามารถผลิตระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิคัล (MEMS) และอาร์เรย์เซนเซอร์ที่ต้องการจุดเชื่อมที่แม่นยำหลายหมื่นจุดต่อหน่วยได้ในปริมาณมาก

แนวโน้มใหม่: กลยุทธ์พัลส์แบบผสมผสานในการผลิตอิเล็กทรอนิกส์

ผู้ผลิตชั้นนำปัจจุบันใช้การควบคุมคลื่นสัญญาณแบบปรับตัว โดยรวมความมั่นคงของโหมด CW เข้ากับความแม่นยำของโหมดพัลส์ รายงานอุตสาหกรรมปี 2024 ระบุว่าความเร็วในการทำงานเพิ่มขึ้น 35% ขณะประกอบโมดูลกล้องสมาร์ทโฟนโดยใช้รูปแบบพัลส์ที่ปรับเปลี่ยนได้ ซึ่งยังคงความแม่นยำตำแหน่งที่ ±0.02 มม. ขณะทำการเชื่อมโลหะต่างชนิด เช่น อลูมิเนียมและแมกนีเซียมอัลลอย

พิจารณาความเข้ากันได้ของวัสดุและความหนาในงานเชื่อมเลเซอร์ความแม่นยำสูง

วัสดุทั่วไป: สแตนเลส, ไทเทเนียม, อลูมิเนียม และโลหะต่างชนิด

เมื่อพูดถึงการทำงานกับวัสดุต่างๆ เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม 304/316L (ซึ่งพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์ทางการแพทย์) โลหะผสมไทเทเนียมเกรดอากาศยาน และแผ่นอลูมิเนียมบางที่มีความหนาน้อยกว่า 2.5 มม. การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบแม่นยำจะแสดงศักยภาพได้อย่างชัดเจน ยกตัวอย่างระบบเลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 3 กิโลวัตต์ มาตรฐาน สามารถเจาะทะลุชิ้นส่วนเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีความหนาประมาณ 5 ถึง 6 มม. หรือแผ่นอลูมิเนียมหนา 2.5 มม. ได้ค่อนข้างดี แต่ไม่ควรคาดหวังผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอตลอดทั้งกระบวนการ เนื่องจากวัสดุแต่ละชนิดมีพฤติกรรมแตกต่างกันมากเมื่อถูกลำแสงเลเซอร์กระทบ บางชนิดสะท้อนแสงมากเกินไป ในขณะที่บางชนิดนำความร้อนออกไปเร็วเกินไป นั่นจึงเป็นเหตุผลที่เทคโนโลยีเลเซอร์แบบพัลส์กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในช่วงหลัง โดยเฉพาะในการต่อขั้วแบตเตอรี่ทองแดง-นิกเกิลเข้าด้วยกัน และการสร้างชิ้นส่วนไฮบริดไทเทเนียม-อลูมิเนียมที่ซับซ้อน ซึ่งจำเป็นต้องใช้ในงานออกแบบอวัยวะเทียมสมัยใหม่ที่ต้องคำนึงถึงทั้งความแข็งแรงและน้ำหนักที่เบา

การปรับพารามิเตอร์ของเลเซอร์ (กำลังไฟ ความยาวคลื่น ความถี่) ให้สอดคล้องกับคุณสมบัติของวัสดุ

คุณสมบัติของวัสดุ	การปรับเลเซอร์แบบกุญแจ	ช่วงที่เหมาะสมสำหรับรอยเชื่อมบาง
ความนำความร้อน	ระยะเวลาของชั้นพัลส์	0.2–5ms (ป้องกันการกระจายความร้อน)
ความสามารถในการสะท้อนแสง	รูปคลื่นลำแสง	รูปคลื่นแบบสี่เหลี่ยมสำหรับอลูมิเนียม
จุดละลาย	ความหนาแน่นของพลังงาน	5–15kW/cm² สำหรับไทเทเนียม

การใช้ความยาวคลื่น 1,070 นาโนเมตรจะเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซับในเหล็กกล้าไร้สนิม ส่วนเลเซอร์พิเศษที่ความยาวคลื่น 1,550 นาโนเมตรมีประสิทธิภาพในการทำงานกับพลาสติก ผู้ผลิตรายหนึ่งสามารถลดข้อบกพร่องได้ 30% บนโครงเซ็นเซอร์หนา 0.8 มม. โดยการใช้การปรับรูปพัลส์แบบปรับตัวตามข้อมูลตอบกลับแบบเรียลไทม์จากวัสดุ

การเชื่อมชิ้นส่วนที่มีขนาดต่ำกว่าหนึ่งมิลลิเมตร: ความท้าทายและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

เมื่อทำงานกับแผ่นฟอยล์บางที่มีความหนาอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 0.5 มม. โดยทั่วไปจำเป็นต้องตั้งค่าความถี่ของพัลส์ให้สูงกว่า 500 Hz พร้อมทั้งใช้การสั่นสะเทือนลำแสงในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง เพื่อให้มั่นใจว่าความร้อนจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่ววัสดุ อย่างไรก็ตาม อาจเกิดปัญหาทั่วไปหลายประการขึ้นในกระบวนการนี้ หนึ่งในปัญหาหลักคือ การลวดทะลุ (burn through) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีการทับซ้อนของพัลส์มากเกินไป โดยทั่วไปเกิน 80% อีกปัญหาหนึ่งเกิดจาก cold laps ซึ่งหมายถึงพลังงานไม่เพียงพอที่จะทำให้วัสดุหลอมรวมกันได้อย่างเหมาะสม นอกจากนี้ยังมีความท้าทายเรื่องการยุบตัวของแนวเชื่อม (weld pool collapse) โดยเฉพาะเมื่อทำงานในแนวตั้ง อย่างไรก็ตาม ช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาที่น่าสนใจเกิดขึ้น ผู้ผลิตในปัจจุบันมักใช้เลเซอร์แบบพัลส์กำลัง 200 วัตต์ ร่วมกับเครื่องสแกนเนอร์กาลวาโนมิเตอร์สามมิติ ซึ่งสามารถรักษาระดับความแม่นยำซ้ำได้ถึง 0.05 มม. ความแม่นยำระดับนี้ทำให้ระบบดังกล่าวเหมาะสำหรับงานเฉพาะทาง เช่น การเชื่อมชิ้นส่วนนาฬิกา อย่างเช่น สปริง เมื่อดูจากผลลัพธ์จริง บริษัทจำนวนมากที่ประมวลผลแท็บแบตเตอรี่ทองแดง-นิกเกิลหนา 0.3 มม. ระบุว่ามีอัตราความสำเร็จสูงถึงประมาณ 99.2 เปอร์เซ็นต์ในการเชื่อมครั้งแรก ซึ่งเกิดจากเทคนิคที่ใช้แก๊สอาร์กอนป้องกันแนวเชื่อมร่วมกับพัลส์ที่มีระยะเวลา 20 ไมโครวินาทีที่ควบคุมอย่างแม่นยำ

การรวมระบบกัลโวเข้ากับระบบอัตโนมัติเพื่อผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอและมีความแม่นยำสูง

เครื่องเชื่อมเลเซอร์แบบกัลโวสำหรับไมโครอิเล็กทรอนิกส์และการเชื่อมจุดด้วยความเร็วสูง

ระบบกัลโวทำงานโดยใช้กระจกเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วในการควบคุมลำแสงเลเซอร์ด้วยความแม่นยำระดับไมครอน สามารถทำความเร็วได้เกิน 5 เมตรต่อวินาที ระบบนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประยุกต์ใช้งานในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เช่น เซนเซอร์ MEMS และขั้วต่อชนิดต่างๆ โดยเฉพาะเมื่อโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนต้องไม่เกิน 50 ไมครอน ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการผลิตสมาร์ทโฟน เมื่อต้องสร้างชุดเสาอากาศขนาดเล็กภายในโทรศัพท์ การเชื่อมจุดด้วยระบบกัลโวสามารถดำเนินการได้ประมาณ 200 การเชื่อมต่อภายในหนึ่งนาที สิ่งที่น่าประทับใจคือความสม่ำเสมอของรอยเชื่อม ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.2 มิลลิเมตร โดยมีความคลาดเคลื่อนเพียงประมาณ ±5% ความควบคุมระดับนี้ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในโลกของอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กล้ำสมัยในปัจจุบัน

การผสานระบบอัตโนมัติและระบบ CNC เพื่อความซ้ำซ้อนและความสามารถในการผลิตสูง

เมื่อควบล็อกคอนโทรลเลอร์แบบโปรแกรมได้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์เชื่อมเลเซอร์ ความเร็วในการผลิตจะเพิ่มขึ้นถึง 30 ถึง 40% บนสายการประกอบอัตโนมัติ ระบบแกลโวที่ควบคุมด้วยซีเอ็นซียังน่าประทับใจไม่แพ้กัน เนื่องจากระบบเหล่านี้สามารถจัดเก็บรูปแบบการเชื่อมมากกว่าหนึ่งพันแบบไว้ในหน่วยความจำ ซึ่งหมายความว่าผู้ผลิตสามารถเปลี่ยนงานระหว่างกันได้อย่างรวดเร็วเมื่อทำงานกับชิ้นส่วนขนาดเล็ก เช่น ขั้วต่อแบตเตอรี่ หรือชิ้นส่วนอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ซับซ้อน งานวิจัยบางชิ้นที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วพบว่า ระบบรวมนี้ช่วยลดข้อผิดพลาดในการจัดตำแหน่งได้เกือบ 9 ใน 10 กรณี เมื่อใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง ซึ่งส่งผลอย่างมากต่อการควบคุมคุณภาพในงานที่ละเอียดอ่อนเช่นนี้

การประยุกต์ใช้จริงในอุตสาหกรรม 3C อุปกรณ์ทางการแพทย์ และการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

ภาคส่วน 3C ซึ่งประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์การสื่อสาร และเครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค พึ่งพาเทคโนโลยีเลเซอร์แบบกาลวานอมิเตอร์ในการเชื่อมโครงตัวเรือนแล็ปท็อปที่ทำจากแมกนีเซียมอัลลอยอย่างหนัก เครื่องจักรเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ได้ประมาณ 150 มม. ต่อวินาที โดยมีความบิดเบี้ยวต่ำกว่า 0.1 มม. ซึ่งถือว่าประทับใจมากเมื่อพิจารณาถึงความละเอียดอ่อนของชิ้นส่วนเหล่านี้ ด้านการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบกาลวานอมิเตอร์แบบพัลส์ได้กลายเป็นสิ่งจำเป็นในการปิดผนึกเคสเครื่องกระตุ้นหัวใจที่ทำจากไทเทเนียมให้แน่นสนิทโดยไม่ทำลายวงจรไฟฟ้าที่ไวต่อความเสียหายภายใน สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม เครื่องเชื่อมอัตโนมัติแบบกาลวานอมิเตอร์สามารถจัดการกับชั้นฟอยล์บางพิเศษเพียง 0.08 มม. โดยทำการเชื่อมหลายพันจุดต่อชั่วโมง พร้อมรักษานิยามทางไฟฟ้าทั้งหมดให้คงเดิมตลอดกระบวนการ การเชื่อมที่มีความแม่นยำระดับนี้ได้ปฏิวัติกระบวนการผลิตในหลายอุตสาหกรรมที่ต้องการทั้งความเร็วและความแม่นยำสูงสุด

การรับรองการผลิตที่ปราศจากข้อบกพร่องด้วยระบบตรวจสอบแบบเรียลไทม์

เครื่องเชื่อมแบบกัลโวรุ่นล่าสุดในปัจจุบันมาพร้อมกล้องอินฟราเรดแบบแกนร่วม (coaxial infrared cameras) ควบคู่กับเครื่องมือสเปกโทรสโกปีพลาสมา ซึ่งช่วยติดตามคุณภาพการเชื่อมแบบเรียลไทม์ขณะที่กำลังดำเนินการ เมื่อระบบขั้นสูงเหล่านี้ตรวจพบปัญหา เช่น รูพรุนที่มีขนาดใหญ่กว่าประมาณ 50 ไมครอน หรือบริเวณที่โลหะยังไม่หลอมรวมกันอย่างสมบูรณ์ มันสามารถปรับพารามิเตอร์การเชื่อมได้เกือบจะทันทีภายในเพียงสองมิลลิวินาที สำหรับผู้ผลิตที่ผลิตไดรเวอร์หูฟังรายวันหลายพันชิ้น การตรวจสอบแบบเรียลไทม์นี้ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมาก โรงงานรายงานผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกับความสมบูรณ์แบบ โดยมีผลิตภัณฑ์ประมาณ 99.98% ผ่านการตรวจสอบคุณภาพในครั้งแรก และยังคงเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 13485 อย่างเข้มงวด ซึ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับเครื่องเชื่อมเลเซอร์

เครื่องเชื่อมเลเซอร์มีประเภทหลักใดบ้าง

ประเภทหลักของเครื่องเชื่อมเลเซอร์ ได้แก่ เลเซอร์ไฟเบอร์ เลเซอร์ CO2 และเลเซอร์ YAG แต่ละชนิดมีการประยุกต์ใช้งานเฉพาะด้านตามประเภทของวัสดุและความต้องการด้านความหนา

ทำไมเลเซอร์ไฟเบอร์จึงถูกเลือกใช้สำหรับการเชื่อมขนาดเล็ก

เลเซอร์ไฟเบอร์ถูกเลือกใช้สำหรับการเชื่อมขนาดเล็กเพราะมีขนาดเล็กประหยัดพื้นที่ ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนชิ้นส่วนบ่อย และให้ประสิทธิภาพและความแม่นยำที่ดีกว่า

เทคโนโลยีเลเซอร์แบบพัลส์ช่วยอะไรในการประกอบชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อน

เทคโนโลยีเลเซอร์แบบพัลส์ช่วยในการประกอบชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อนโดยการปล่อยพลังงานเป็นช่วงสั้น ๆ ซึ่งช่วยลดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างฉับพลัน และลดความเสี่ยงของการบิดงอหรือความเสียหายระหว่างกระบวนการเชื่อม