การตัดด้วยเลเซอร์สามารถปรับใช้ได้กับทุกสถานการณ์การแปรรูปโลหะ

หนึ่งเทคโนโลยี หลายอุตสาหกรรม

การตัดเลเซอร์ ได้รับการนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในภาคอุตสาหกรรมไม่ใช่เพราะมันโดดเด่นในงานประยุกต์เพียงงานเดียว แต่เป็นเพราะข้อได้เปรียบพื้นฐานของมัน — ได้แก่ การทำงานแบบไม่สัมผัสวัสดุ ความกว้างของรอยตัดที่แคบมาก โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยมาก และความแม่นยำระดับ CNC — ซึ่งสามารถถ่ายโอนไปใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรมได้ โดยต้องปรับเพียงค่าพารามิเตอร์เท่านั้น ไม่จำเป็นต้องปรับโครงสร้างเครื่องใหม่ เลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 6 กิโลวัตต์ตัวเดียวกันที่ใช้ตัดชิ้นส่วนเหล็กหนา 10 มิลลิเมตรสำหรับเครื่องจักรการเกษตรในตอนเช้า ก็สามารถใช้ตัดเปลือกหุ้มสแตนเลสหนา 3 มิลลิเมตรสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ในตอนบ่ายได้ — ความยืดหยุ่นเช่นนี้ไม่มีกระบวนการตัดแบบกลไกใดเทียบเคียงได้

ความสามารถในการปรับตัวของเทคโนโลยีนี้เกิดจากตัวแปรที่ควบคุมได้สามประการ ได้แก่ กำลังเลเซอร์ (1–20 กิโลวัตต์ขึ้นไป), ชนิดและแรงดันของก๊าซช่วย (ออกซิเจนสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน, ไนโตรเจนสำหรับสแตนเลสและอลูมิเนียม, อากาศอัดสำหรับชิ้นส่วนที่ไม่สำคัญและบางมาก) และตำแหน่งจุดโฟกัสเทียบกับผิววัสดุ การเปลี่ยนพารามิเตอร์ทั้งสามนี้ทำให้สามารถปรับกระบวนการตัดได้ตั้งแต่แผ่นฟอยล์อลูมิเนียมหนา 0.5 มม. (ใช้เลเซอร์ 200 วัตต์ ก๊าซไนโตรเจน จุดโฟกัสอยู่ที่ผิววัสดุ) ไปจนถึงแผ่นเหล็กกล้าคาร์บอนหนา 40 มม. (ใช้เลเซอร์ 15 กิโลวัตต์ ก๊าซออกซิเจน จุดโฟกัสอยู่ใต้ผิววัสดุเพื่อขยายร่องตัด) ซึ่งครอบคลุมช่วงความหนาที่ต่างกันเกือบสองอันดับของขนาดบนเครื่องเดียวกัน

โรงงานรับจ้างหลากหลายประเภทแห่งหนึ่งในบราซิล ซึ่งให้บริการลูกค้าในภาคเกษตรกรรม การก่อสร้าง อุตสาหกรรมยานยนต์ และงานขึ้นรูปทั่วไป ได้เลือกติดตั้งระบบเลเซอร์แบรนด์ Tianchen แบบปรับแต่งเฉพาะ เนื่องจากไม่มีอุตสาหกรรมใดอุตสาหกรรมหนึ่งที่คิดเป็นสัดส่วนรายได้เกิน 30% ความสามารถของเครื่องจักรในการเปลี่ยนระหว่างการตัดตู้สแตนเลสหนา 1 มม. โครงยึดหนา 15 มม. และแผ่นทนการสึกหรอหนา 25 มม. โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ช่วย ทำให้สามารถให้บริการลูกค้าทั้งสี่กลุ่มได้จากแหล่งทรัพยากรการตัดเพียงแหล่งเดียว

การปรับใช้เฉพาะอุตสาหกรรม

เครื่องจักรหนักและเหมืองแร่

เครื่องจักรหนักตัดวัสดุที่หนาและแข็ง — เหล็กทนการสึกหรอ เช่น Hardox 450 และ 500 รวมถึงเหล็กโครงสร้างความแข็งแรงสูงเกรด S690 และ S960 การตัดเลเซอร์ ความท้าทาย: การรักษาคุณภาพของขอบตัดบนวัสดุที่ออกแบบมาเพื่อต้านการเปลี่ยนรูป

เหล็กทนการสึกหรอมีธาตุผสม เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม และโบรอน ซึ่งก่อตัวเป็นคาร์ไบด์ที่แข็ง จึงต้องใช้ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าเหล็กกล้าธรรมดา ลำแสงเลเซอร์กำลัง 12 กิโลวัตต์สามารถตัดผ่านเหล็ก Hardox 500 หนา 20 มม. ได้อย่างสะอาด ในขณะที่เลเซอร์กำลัง 6 กิโลวัตต์เริ่มสูญเสียความตรงของขอบตัด อัตราการไหลของก๊าซช่วยต้องสูงขึ้น 15–25% สำหรับวัสดุเกรดทนการสึกหรอ

ต้นทุนวัสดุของแผ่นเหล็กทนการสึกหรอ — อยู่ที่ 1,500–2,500 ต่อตัน เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำที่ 600–800 ต่อตัน — ทำให้การเพิ่มประสิทธิภาพการจัดวางชิ้นส่วน (nesting optimization) ซึ่งระบบควบคุมเชิงตัวเลข (CNC) ของการตัดด้วยเลเซอร์สามารถทำได้นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยการปรับปรุงอัตราการใช้วัสดุให้สูงขึ้นจาก 65% (การจัดวางด้วยมือโดยใช้พลาสม่า) เป็น 80% (การจัดวางอัตโนมัติด้วยเลเซอร์) สำหรับผู้ผลิตชิ้นส่วนที่ใช้แผ่นเหล็กทนการสึกหรอปีละ 500 ตัน จะช่วยประหยัดต้นทุนวัสดุได้ประมาณ 94,000–156,000 ต่อปี

ยานยนต์และการขนส่ง

ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การตัดวัสดุบาง ๆ เช่น ชิ้นส่วนโครงสร้างตัวถัง โครงยึด และชิ้นส่วนเสริมแรง ที่มีความหนา 0.6–2 มม. ต้องดำเนินการในปริมาณสูง โดยความเร็วของเลเซอร์ไฟเบอร์ในการตัดเหล็กความหนา 1 มม. อยู่ที่ 12–15 เมตร/นาที ซึ่งสามารถตัดแผ่นขนาด 1,500×3,000 มม. ได้ภายในเวลาประมาณ 3–5 นาที ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นงานและจำนวนชิ้นงานที่จัดวางบนแผ่นเดียวกัน

ข้อได้เปรียบของการตัดด้วยเลเซอร์จะเห็นได้ชัดเจนที่สุดในการผลิตชิ้นส่วนต้นแบบ ชิ้นส่วนที่ผลิตในปริมาณน้อย และชิ้นส่วนสำรอง เนื่องจากต้นทุนแม่พิมพ์ขึ้นรูป (stamping die) ที่สูงมาก (20,000–100,000 ขึ้นไป) และระยะเวลาการจัดหาที่ยาวนาน (8–16 สัปดาห์) ไม่คุ้มค่าเมื่อเทียบกับปริมาณการผลิตที่น้อย การตัดด้วยเลเซอร์สามารถผลิตชิ้นส่วนเดียวกันได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์เลย และสามารถส่งมอบชิ้นงานได้ภายในวันเดียวกับที่ได้รับไฟล์ CAD

การต่อเรือและอุตสาหกรรมทางทะเล

กระบวนการต่อเรือสำหรับแผ่นเหล็กหนา — ความหนา 6–50 มม. — ในรูปแบบขนาดใหญ่สูงสุดถึง 3,000×12,000 มม. แผ่นโครงสร้างตัวเรือ ชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรง และโครงสร้างภายในต้องการความแม่นยำที่การตัดด้วยเปลวไฟไม่สามารถทำได้ในอัตราการผลิตที่ต้องการ เลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 12–20 กิโลวัตต์ให้พลังงานที่เพียงพอสำหรับการตัดแผ่นหนาพร้อมความแม่นยำสูงสำหรับรูปร่างโค้งซับซ้อน โดยยังคงรักษาความเร็วในการตัดให้สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านกำลังการผลิตของโรงต่อเรือ

รอยตัดที่แคบ — 0.15–0.5 มม. — ช่วยลดช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนที่อยู่ติดกัน ทำให้อัตราการใช้วัสดุเพิ่มขึ้น 5–8% เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดด้วยพลาสม่า สำหรับเหล็กหลายพันตันที่โรงต่อเรือแปรรูปต่อปี ค่าประหยัดนี้ถือเป็นการลดต้นทุนวัสดุอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่ออัตรากำไรจากการดำเนินงาน

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์หนึ่งเครื่องสามารถแปรรูปโลหะทุกชนิดได้หรือไม่

เครื่องเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถประมวลผลเหล็กคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิม อลูมิเนียม ทองแดง ทองเหลือง ไทเทเนียม และโลหะผสมนิกเกิล โดยปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม สำหรับโลหะที่สะท้อนแสง (เช่น อลูมิเนียม ทองแดง และทองเหลือง) จะต้องมีระบบป้องกันการสะท้อนย้อนกลับเข้าสู่แหล่งกำเนิดเลเซอร์ ทั้งนี้ วัสดุแต่ละกลุ่มจำเป็นต้องใช้ก๊าซช่วยและฐานข้อมูลพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน ซึ่งจัดเก็บไว้ในคอนโทรเลอร์ CNC

ความสามารถในการตัดวัสดุตามความหนาเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเพิ่มกำลังเลเซอร์

1 กิโลวัตต์: เหล็กคาร์บอนความหนา 0.5–6 มม. 3 กิโลวัตต์: 1–12 มม. 6 กิโลวัตต์: 1–20 มม. 12 กิโลวัตต์: 1–30 มม. 20 กิโลวัตต์ขึ้นไป: 1–50 มม. ความเร็วในการตัดจะลดลงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลเมื่อความหนาเกินประมาณ 60% ของค่าสูงสุด ดังนั้นการตัดในเชิงการผลิตส่วนใหญ่จึงดำเนินการที่ช่วงความหนา 20–60% ของความสามารถสูงสุด เพื่อให้สมดุลระหว่างความเร็วและคุณภาพของขอบตัดได้ดีที่สุด

จุดคุ้มทุนของการตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดด้วยพลาสมาคืออะไร

ผู้ผลิตชิ้นส่วนที่ใช้เครื่องตัดเลเซอร์ทำงานมากกว่า 1,500 ชั่วโมงต่อปี โดยส่วนใหญ่ตัดวัสดุที่มีความหนาน้อยกว่า 20 มม. มักจะคืนทุนจากการลงทุนในเครื่องตัดเลเซอร์ภายใน 12–18 เดือน ซึ่งเกิดจากการลดต้นทุนแรงงานในการขัดขอบและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุ อย่างไรก็ตาม หากชิ้นส่วนที่มีความหนาเกิน 25 มม. คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 40% ของการผลิต ระยะเวลาคืนทุนจะยืดออกไปเป็น 24–30 เดือน เนื่องจากเครื่องตัดพลาสมายังคงมีข้อได้เปรียบด้านความเร็วเมื่อตัดวัสดุที่มีความหนามาก

ฟีเจอร์การกระโดดแบบกบ (frog-leap) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการตัดอย่างไร

เทคโนโลยีการกระโดดแบบกบ (frog-leap) ปรับความสูงของการยกหัวตัดขึ้นในแนวดิ่งระหว่างการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วระหว่างชิ้นส่วน เพื่อลดเวลาที่ไม่ได้ตัดโดยตรง ระบบมาตรฐานจะยกหัวขึ้นไปยังความสูงที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อความปลอดภัย ในขณะที่ระบบ frog-leap จะคำนวณความสูงต่ำสุดที่จำเป็นสำหรับแต่ละการเคลื่อนที่โดยอิงจากแผนผังรูปทรงของชิ้นส่วน ทำให้ลดเวลาการเคลื่อนที่ได้ 20–30% บริษัท Tianchen Laser ผสานเทคโนโลยี frog-leap เข้ากับระบบควบคุมแบบบัส (bus control system)

มีตัวเลือกการอัตโนมัติใดบ้างสำหรับสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีความหลากหลายสูง

หัวฉีดอัตโนมัติสามารถเปลี่ยนระหว่างขนาดหัวฉีดที่แตกต่างกันได้เองโดยอัตโนมัติ เพื่อให้เหมาะสมกับความหนาของวัสดุแต่ละชนิด โดยไม่จำเป็นต้องมีการแทรกแซงจากผู้ปฏิบัติงาน การปรับตำแหน่งจุดโฟกัสอัตโนมัติช่วยชดเชยความแปรปรวนของระดับความเรียบของวัสดุ การวัดความหนาของแผ่นวัสดุแบบอัตโนมัติจะยืนยันว่าแผ่นวัสดุที่โหลดเข้าเครื่องสอดคล้องกับโปรแกรมการจัดวางชิ้นงาน (nesting program) คุณสมบัติการใช้งานอัตโนมัติเหล่านี้ช่วยลดเวลาในการเตรียมเครื่องก่อนเริ่มงานแต่ละชุด

ระบบควบคุมแบบบัสช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการตัดอย่างไร

สถาปัตยกรรมระบบควบคุมแบบบัสแทนที่การเดินสายแบบจุดต่อจุดด้วยการสื่อสารผ่านเครือข่ายระหว่างคอนโทรลเลอร์ ไดรฟ์เซอร์โว และโมดูล I/O ซึ่งช่วยลดความล่าช้าของสัญญาณ เพิ่มความเร็วในการตอบสนองของการสื่อสารระหว่าง CNC และทำให้การวิเคราะห์และแก้ไขปัญหาเป็นไปอย่างง่ายดายยิ่งขึ้นผ่านการวินิจฉัยแบบรวมศูนย์ เครื่องตัดเลเซอร์รุ่น PM ของบริษัท Tianchen Laser ใช้ระบบควบคุมแบบบัสเพื่อยกระดับประสิทธิภาพในการทำงานในสภาพแวดล้อมที่ต้องการผลผลิตสูง