ข้อได้เปรียบหลักของการตัดโลหะด้วยเลเซอร์คืออะไร

ความแม่นยำและความถูกต้องที่เหนือกว่าในการตัดโลหะด้วยเลเซอร์

ลำแสงเลเซอร์ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนระดับต่ำกว่าหนึ่งมิลลิเมตรได้อย่างไร

เลเซอร์ไฟเบอร์ในปัจจุบันสามารถทำให้เกิดความแม่นยำสูงมาก โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ 0.2 มม. สำหรับชิ้นส่วนเหล็กและอลูมิเนียม บางครั้งอาจแม่นยำยิ่งกว่านี้ได้อีก ความแม่นยำในการจัดตำแหน่งสามารถทำได้ถึงประมาณ 10 ไมโครเมตร ซึ่งถือว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าประทับใจมาก ระบบเหล่านี้ทำงานโดยการโฟกัสลำแสงเลเซอร์ให้มีขนาดจุดเพียง 0.001 นิ้ว ซึ่งแคบกว่าเส้นผมของเราเองเสียอีก เนื่องจากการตัดไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพ ทำให้เครื่องมือไม่สึกหรอตามเวลา และความแม่นยำยังคงที่ตลอดทั้งชุดการผลิต สิ่งที่หมายความในทางปฏิบัติก็คือ ผู้ผลิตสามารถสร้างแบบจำลองที่ซับซ้อน เช่น รูขนาดเล็กมาก หรือมุมภายในที่ทำยาก โดยไม่ต้องกังวลว่าวัสดุจะบิดเบี้ยวจากแรงทางกล

การรวมระบบ CNC เพื่อผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูงและทำซ้ำได้

การผสานรวมกับระบบควบคุมตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความซ้ำซ้อนในระดับไมครอน โดยได้รับการสนับสนุนจากกระบวนการปรับเทียบอัตโนมัติและการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ ซึ่งสามารถชดเชยความแตกต่างของวัสดุได้ ระบบควบคุมแบบวงปิดเหล่านี้รักษาระดับความสม่ำเสมอไว้ที่ 99.8% ตลอดชุดผลิตภัณฑ์ที่มีจำนวนเกินกว่า 10,000 ชิ้น ทำให้เป็นสิ่งจำเป็นในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ ที่ชิ้นส่วนแผ่นแบตเตอรี่ที่ต้องพอดีอย่างแม่นยำมีความสำคัญต่อการประกอบยานยนต์ไฟฟ้า

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์

ชิ้นส่วนที่ผลิตสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศโดยใช้ระบบเลเซอร์ CNC เหล่านี้ แสดงให้เห็นว่ามีปัญหาในการประกอบลดลงประมาณ 40% เพราะสามารถสร้างชิ้นส่วนไทเทเนียมที่ไม่บิดงอระหว่างการผลิต สำหรับการผลิตในอุตสาหกรรมการแพทย์ เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดเครื่องมือผ่าตัดจากสแตนเลสสตีลได้อย่างแม่นยำสูงถึงประมาณ 25 ไมครอน ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมากเมื่อพิจารณาถึงความเข้มงวดของ FDA เกี่ยวกับสิ่งที่จะนำไปใส่ในร่างกายมนุษย์ สิ่งที่ทำให้เทคโนโลยีนี้โดดเด่นคือความสามารถในการคงสภาพวัสดุไว้แม้ขณะทำงานกับรูปร่างที่ซับซ้อน ลองนึกภาพสิ่งที่ยอดเยี่ยมที่เรากำลังเห็นอยู่ในตอนนี้ เช่น ช่องระบายความร้อนขนาดเล็กภายในหัวฉีดจรวด หรือพื้นผิวพิเศษบนข้อเทียมสะโพกที่ช่วยต่อต้านการติดเชื้อได้ตามธรรมชาติ

ความเร็ว ประสิทธิภาพ และระบบอัตโนมัติในการตัดโลหะด้วยเลเซอร์ยุคใหม่

การตัดด้วยความเร็วสูงพร้อมเวลาเตรียมงานที่น้อยที่สุด

เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดผ่านเหล็กและอลูมิเนียมได้ด้วยความเร็วสูงมาก บางครั้งเกินกว่า 500 นิ้วต่อนาที ซึ่งทำให้เร็วกว่าวิธีการตัดพลาสมาแบบดั้งเดิมประมาณห้าเท่า ระบบเหล่านี้ทำงานโดยการโฟกัสแสงที่เข้มข้นลงบนพื้นผิวของวัสดุ ทำให้วัสดุกลายเป็นไอระเหยไปในทันที แทนที่จะใช้ใบมีดที่สึกหรอและจำเป็นต้องเปลี่ยนในที่สุด ผู้ผลิตจำนวนมากตอนนี้ใช้โปรแกรมจัดเรียงชิ้นงานอัตโนมัติที่สามารถคำนวณการจัดวางชิ้นส่วนอย่างเหมาะสมได้เกือบจะทันที สิ่งที่เคยใช้เวลาหลายชั่วโมงในการตั้งค่าด้วยมือ ตอนนี้สามารถทำได้ภายในไม่กี่นาที ทำให้โรงงานสามารถสลับระหว่างการผลิตสินค้าต่างๆ ได้เร็วกว่าเดิมมาก โดยไม่เสียเวลาการผลิตอันมีค่า

การผสานรวมกับโรงงานอัจฉริยะและการผลิตแบบไร้คน

เมื่อเครื่องตัดเลเซอร์ถูกเชื่อมต่อผ่านตัวควบคุม CNC ที่รองรับ IoT แล้ว เครื่องเหล่านี้จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบ Industry 4.0 ตัวควบคุมอัจฉริยะเหล่านี้ส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ไปยังซอฟต์แวร์วางแผนทรัพยากรระดับองค์กรโดยตรง ช่วยให้โรงงานสามารถบริหารจัดการสต็อกได้อย่างแม่นยำตรงตามเวลาที่ต้องการ และดำเนินการตรวจสอบคุณภาพจากระยะไกล โรงงานจำนวนมากเริ่มใช้เครื่องมือบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ ซึ่งช่วยลดการเสียหายของเครื่องจักรลงได้ประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ ในเวลากลางคืนเมื่อไม่มีใครเฝ้าดู ระบบอัตโนมัติยังคงทำงานต่อเนื่องตลอดเวลาโดยไม่ต้องอาศัยการควบคุมของมนุษย์ บางโรงงานสามารถใช้วัสดุได้เกือบเต็มประสิทธิภาพในกะกลางคืน โดยใช้วัสดุได้ดีขึ้นประมาณ 22 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวิธีการเดิมก่อนมีเทคโนโลยีนี้

กรณีศึกษา: การผลิตชิ้นส่วนยานยนต์เร็วขึ้น 40%

ผู้ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์รายใหญ่รายหนึ่งสามารถลดเวลาการผลิตชิ้นส่วนเบรกโรเตอร์ได้อย่างมากเมื่อเปลี่ยนมาใช้ระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ 6 กิโลวัตต์ กระบวนการเดิมใช้เวลาประมาณ 14 นาทีต่อชิ้น แต่ตอนนี้ลดลงเหลือเพียง 8.4 นาทีเท่านั้น ด้วยเทคโนโลยีใหม่นี้ สิ่งใดที่ทำให้เกิดขึ้นได้? เครื่องจักรสามารถเจาะวัสดุได้ภายใน 30 มิลลิวินาที และมีระบบไดรฟ์เชิงเส้นแบบป้องกันการชนซึ่งสามารถทำงานต่อเนื่องได้ตลอดกะโดยไม่หยุดพัก หมายความว่าสามารถผลิตชิ้นงานได้ใกล้เคียง 2,500 หน่วยต่อวัน โดยไม่จำเป็นต้องหยุดพักหรือหยุดเพื่อบำรุงรักษา และยังมีข่าวดีเพิ่มเติมสำหรับผลกำไรของบริษัทอีกด้วย โดยการเพิ่มขั้นตอนการลบคมเศษวัสดุแบบอัตโนมัติเข้าไปในกระบวนการผลิต ทำให้สามารถข้ามขั้นตอนการกลึงแยกอีก 3 ขั้นตอนออกไปได้เลย การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยประหยัดเงินได้ประมาณ 4.78 ดอลลาร์สหรัฐต่อชิ้นงานหนึ่งชิ้น ขณะเดียวกันก็ยังคงปฏิบัติตามข้อกำหนด ISO 9001 อย่างเคร่งครัดในเรื่องคุณภาพผิวสัมผัสที่ลูกค้าต้องการ

การตัดที่สะอาด ปราศจากความบิดเบี้ยว และมีโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด

เหตุใดเลเซอร์ไฟเบอร์จึงช่วยลดการบิดงอจากความร้อนในโลหะบาง

เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถทำให้พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนแคบลงเหลือไม่ถึงครึ่งมิลลิเมตร เนื่องจากมันรวมพลังงานไว้ในลำแสงที่เล็กมาก โดยมีความกว้างระหว่าง 0.1 ถึง 0.3 มิลลิเมตร อุปกรณ์เหล่านี้สามารถตัดวัสดุได้ด้วยความเร็วสูงเกิน 100 เมตรต่อนาที ความร้อนที่โฟกัสเร็วนี้หมายความว่า การขยายตัวและหดตัวของวัสดุระหว่างกระบวนการประมวลผลจะลดลงอย่างมาก เมื่อทำงานกับเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีความหนาน้อยกว่าสองมิลลิเมตร เลเซอร์ไฟเบอร์จะช่วยลดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิดังกล่าวลงได้ประมาณสามในสี่ เมื่อเทียบกับระบบเลเซอร์ CO2 แบบดั้งเดิม ซึ่งส่งผลอย่างมากต่อโลหะผสมที่ละเอียดอ่อน ซึ่งใช้ในผลิตภัณฑ์เช่น อุปกรณ์ผ่าตัดฝังร่างกาย และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก ที่การคงสภาพของวัสดุไว้เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง

ข้อดีเหนือกว่าเมธอดการตัดแบบเดิม

วิธี	ความกว้างของพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ)	คุณภาพของรอยตัด	ดีที่สุดสําหรับ
การตัดเลเซอร์เส้นใย	0.3-1.0มม.	ปราศจากการเกิดออกไซด์	โลหะบาง รูปร่างซับซ้อน
การตัดพลาสม่า	2.5-5.0 มม.	การเกิดสะเก็ด	แผ่นหนา (>20 มม.)
เจ็ทน้ำ	ไม่มี	การทําปลายสีแมท	วัสดุที่ไม่นําไฟ

ด้วยการลดการบิดเบี้ยว เครื่องตัดเลเซอร์จึงช่วยกำจัดความจำเป็นในการปรับแนวหลังการตัด HVAC ผู้ผลิตรายงานว่าประหยัดเวลาแรงงานโดยเฉลี่ย 22 ชั่วโมงต่อการผลิตแต่ละครั้ง โดยไม่ต้องดำเนินการแก้ไขเพิ่มเติมซึ่งจำเป็นเมื่อใช้ชิ้นส่วนที่ตัดด้วยพลาสมา

กรณีศึกษา: ตู้เหล็กสแตนเลสที่ไม่ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติมหลังการผลิต

ผู้ผลิตอุปกรณ์การแพทย์รายหนึ่งพบว่าความต้องการในการประมวลผลขั้นปลายลดลงเกือบ 90% เมื่อพวกเขาเปลี่ยนจากการใช้วิธีดั้งเดิมมาเป็นการตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 6 กิโลวัตต์ สำหรับชิ้นส่วนสแตนเลส 316L ที่พวกเขาผลิต สิ่งที่น่าประทับใจอย่างยิ่งคือ ขนาดของชิ้นงานยังคงมีความเสถียรและแม่นยำอยู่ในช่วง ±0.1 มม. ตลอดกระบวนการผลิตที่จำนวนประมาณ 10,000 ชิ้น ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดทั้งหมดตามมาตรฐาน ASME Y14.5 โดยไม่จำเป็นต้องทำการเจียรหรือปรับแนวหลังเพิ่มเติม เหตุผลสำคัญที่ทำให้ประสบความสำเร็จคือ เทคโนโลยีเลเซอร์แบบพัลส์สามารถควบคุมปริมาณความร้อนที่ส่งเข้าไปได้ดีกว่า ทำให้วัสดุคงสภาพเดิมไว้ได้ และไม่เกิดการบิดงอเกินขีดจำกัดการเสียรูปที่กำหนดไว้ระหว่างการผลิต

ความหลากหลายของวัสดุและความสามารถในการตัดรูปทรงเรขาคณิตซับซ้อน

การตัดโลหะหลากหลายชนิด ตั้งแต่เหล็กกล้าจนถึงโลหะผสมอลูมิเนียม

ในปัจจุบันเครื่องตัดด้วยเลเซอร์สามารถทำงานกับโลหะนำไฟฟ้าได้มากกว่าสามสิบชนิด เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีความหนาตั้งแต่ครึ่งมิลลิเมตรไปจนถึงยี่สิบห้ามิลลิเมตร อัลลอยด์อลูมิเนียมต่างๆ ที่หนาได้ถึงยี่สิบมิลลิเมตร และวัสดุที่มีพื้นฐานจากทองแดงซึ่งมักสะท้อนแสงได้สูงและทำให้เกิดความยุ่งยาก เมื่อพิจารณาเรื่องความเร็วแล้ว เลเซอร์ไฟเบอร์มีข้อได้เปรียบอย่างชัดเจนเมื่อเทียบกับระบบ CO2 แบบดั้งเดิมในการตัดโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก โดยมีความเร็วในการประมวลผลที่เร็วกว่าประมาณสี่สิบเจ็ดเปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นผลมาจากระบบออปติกแบบปรับตัวได้ที่สามารถจัดการกับปัญหาการสะท้อนของแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ข้อได้เปรียบที่แท้จริงคือความสามารถในการผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนจากโลหะหลายชนิดบนเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตสามารถสร้างเปลือกแบตเตอรี่ที่รวมทั้งอลูมิเนียมและเหล็กไว้ด้วยกันโดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ระหว่างกระบวนการผลิต

การเปิดโอกาสให้ออกแบบที่ซับซ้อนในงานอุตสาหกรรมและการออกแบบเชิงศิลป์

เลเซอร์ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์สามารถสร้างร่องตัดที่แคบได้ถึง 50 ไมครอน ทำให้สามารถทำงานแกะสลักขนาดเล็กบนเครื่องประดับและผลิตสแตนต์ทางการแพทย์ด้วยความแม่นยำต่ำกว่า 0.1 มม. การศึกษาในปี 2023 แสดงให้เห็นถึงความแม่นยำทางเรขาคณิตถึง 98.7% ในการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากเหล็กกล้าไร้สนิม 316L ที่มีลวดลายฟรัคทัล ศิลปินยังใช้ประโยชน์จากเลเซอร์ไฟเบอร์ 10 กิโลวัตต์ เพื่อสร้างประติมากรรมอลูมิเนียมขนาดใหญ่ที่มีความเบี้ยวเบนของเส้นโค้งน้อยกว่า 0.3 มม.

แนวโน้ม: การใช้งานที่เพิ่มขึ้นในการประมวลผลวัสดุผสมและวัสดุหลายชั้น

ผู้ผลิตรายงานว่าความต้องการในการประมวลผลวัสดุคอมโพสิตโลหะ-พอลิเมอร์ เช่น แผ่น PEEK-อลูมิเนียมที่ใช้ใน UAV เพิ่มขึ้น 35% เมื่อเทียบกับช่วงเดียวกันของปีก่อน เส้นทางการตัดขั้นสูงในปัจจุบันสามารถตัดวัสดุซ้อนกันห้าชั้น (เช่น เหล็ก-ยาง-ทองแดง-เทฟลอน-เหล็ก) สำหรับการผลิตจอยต์ป้องกันคลื่นรบกวน โดยยังคงความขนานแม่นยำ ±0.15 มม. ความสามารถนี้รองรับการประมวลผลวัสดุผสมตามมาตรฐาน ISO 2063 โดยไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุชั่วคราวหรือกาว

ความคุ้มค่า ความยั่งยืน และการลดของเสีย

ระบบตัดโลหะด้วยเลเซอร์ที่ทันสมัยตอบสนองความต้องการอุตสาหกรรมสองประการ ได้แก่ ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจและความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อม โดยผ่านกระบวนการอัตโนมัติและกระบวนการทำงานที่ได้รับการปรับให้มีประสิทธิภาพ ช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานและลดของเสียอย่างมีนัยสำคัญ

ลดต้นทุนแรงงานและการบำรุงรักษาผ่านระบบอัตโนมัติ

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยระบบซีเอ็นซี (CNC) ช่วยลดแรงงาน manual ลง 75% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิม ทำให้พนักงานเพียงคนเดียวสามารถควบคุมเครื่องจักรหลายเครื่องได้ ในขณะเดียวกัน ระบบวินิจฉัยเชิงคาดการณ์และการปรับคาลิเบรตอัตโนมัติยังช่วยลดเวลาหยุดทำงานเพื่อบำรุงรักษาลงได้ถึง 40% ทำให้บทบาทของแรงงานเปลี่ยนไปสู่การควบคุมดูแลและประกันคุณภาพ แทนที่จะปฏิบัติงานซ้ำๆ

ซอฟต์แวร์จัดเรียงชิ้นงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุแผ่นและลดของเหลือทิ้ง

อัลกอริทึมขั้นสูงช่วยจัดวางตำแหน่งชิ้นส่วนอย่างเหมาะสม เพื่อให้ได้อัตราผลผลิตจากวัสดุแผ่นเหล็กและอลูมิเนียมสูงถึง 92–95% ระดับประสิทธิภาพนี้ช่วยลดต้นทุนวัตถุดิบลงได้ถึง 30% ต่อปีสำหรับผู้ผลิตขนาดกลาง โดยเฉพาะเมื่อจัดการกับชิ้นส่วนที่ซับซ้อน เช่น ท่อลมระบบปรับอากาศ หรือชิ้นส่วนยึดในยานยนต์

ประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมของระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ที่มีประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน

เลเซอร์ไฟเบอร์ใช้พลังงานน้อยกว่าเลเซอร์ CO₂ ถึง 50% ในระดับประสิทธิภาพที่เทียบเท่ากัน การออกแบบแบบโซลิดสเตทช่วยหลีกเลี่ยงการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการล้างก๊าซ และการไม่ใช้น้ำยาตัดทำให้ไม่มีของเสียอันตราย—ช่วยประหยัดได้สูงสุดถึง 8 ตันต่อปีต่อโรงงาน กระบวนการทำงานรีไซเคิลที่ผสานเข้าด้วยกันช่วยให้มั่นใจว่าเกือบไม่มีของเสียไปยังหลุมฝังกลบ ส่งเสริมการผลิตที่ยั่งยืน

คำถามที่พบบ่อย

ความแม่นยำในการจัดตำแหน่งของเลเซอร์ไฟเบอร์ที่ใช้ในการตัดโลหะคือเท่าใด

เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถบรรลุความแม่นยำในการจัดตำแหน่งได้ถึงประมาณ 10 ไมครอน ทำให้สามารถตัดโลหะได้อย่างแม่นยำ

ทำไมระบบ CNC จึงมีความสำคัญในกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์

ระบบ CNC รับประกันความซ้ำซ้อนและความสม่ำเสมอในระดับไมโครเมตร ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการความแม่นยำในหลากหลายอุตสาหกรรม

เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถทำงานกับวัสดุอะไรได้บ้าง

เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดโลหะนำไฟฟ้าได้มากกว่าสามสิบชนิด ตั้งแต่สแตนเลสสตีลบาง ๆ ไปจนถึงอลูมิเนียมและวัสดุที่ทำจากทองแดงที่หนาขึ้น

เลเซอร์ไฟเบอร์ช่วยสิ่งแวดล้อมอย่างไร?

เลเซอร์ไฟเบอร์ใช้พลังงานน้อยกว่าระบบเลเซอร์แบบดั้งเดิม ไม่ปล่อยก๊าซทิ้ง ไม่ใช้น้ำยาหล่อเย็นในการตัด และช่วยลดของเสียที่ต้องนำไปทิ้งในหลุมฝังกลบ จึงสนับสนุนการผลิตที่ยั่งยืน