เครื่องตัดเลเซอร์ มีคุณสมบัติและหลักการทำงานอย่างไร

เครื่องตัดเลเซอร์ คืออะไร? และมีหลักการทำงานอย่างไร? เป็นคำถามที่หลายคนต่างก็กำลังสงสัยและอยากรู้กันเป็นอย่างมาก เพราะฉะนั้นเราจึงได้รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับเครื่องตัดเลเซอร์มาฝาก ไม่ว่าจะเป็นลักษณะของเครื่องตัดเลเซอร์ คุณสมบัติโดดเด่นหรือหลักการในการใช้งานก็ตาม ทั้งนี้ก็เพื่อความเข้าใจมากขึ้นนั่นเอง ว่าแล้วเรามาทำความรู้จักกับเครื่องตัดเลเซอร์กันเลย

เครื่องตัดเลเซอร์ คืออะไร?

เครื่องตัดเลเซอร์ คือ อุปกรณ์ที่ใช้ในการตัดวัสดุที่มีคุณภาพสูงมากซึ่งมักจะมีความรวดเร็วในการตัด โดยเฉพาะวัสดุที่มีรูปร่างซับซ้อน การใช้เลเซอร์ในการตัดจะได้ผลลัพธ์ที่น่าพึงพอใจและแม่นยำอย่างมากทีเดียว โดยระบบการตัดด้วยเลเซอร์นี้จะใช้ความร้อนผ่านไปบนวัตถุ ทำให้วัตถุบริเวณที่โดนความร้อนจากลำแสงละลายอย่างรวดเร็วและถูกตัดออกมาเป็นชิ้นอย่างละเมียดสวยงาม อีกทั้งเครื่องตัดเลเซอร์ดังกล่าวก็มี 2 แบบด้วยกัน คือแบบตัดด้วยมือ และแบบติดตั้งกับระบบ CNC ที่ควบคุมการตัดด้วยคอมพิวเตอร์

หลักการทำงานของระบบ

สำหรับการทำงานของระบบการตัดวัตถุด้วยเลเซอร์นั้นจะประกอบด้วยสองส่วนด้วยกัน คือ

• มีแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ ที่จะทำหน้าที่ในการผลิตแสงเลเซอร์ ซึ่งก็มีพลังงานสูง มีช่วงความถี่คลื่นแคบและมีความเข้ม ทำให้แสงเลเซอร์มีประสิทธิภาพในการตัดวัตถุอย่างรวดเร็วและเม่นยำสุดๆ โดยแสงเลเซอร์นี้ก็จะถูกส่งไปที่หัวตัดต่อไป
• หัวตัด เป็นเลนส์เพื่อการบีบลำแสงเลเซอร์ให้เล็กลง เพื่อให้สามารถฉายไปบนวัตถุได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด ทำให้วัตถุถูกตัดออกมาเป็นชิ้นงานที่ต้องการ

แหล่งกำเนิดของแสงเลเซอร์

แสงเลเซอร์มีแหล่งกำเนิดมาจากกระบวนการหนึ่ง โดยเป็นกระบวนการที่ทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซฮีเลียมและก๊าซไนโตรเจน ผ่านเข้าไปในแท่งทรงกระบอกกลวงพร้อมๆ กัน ตามด้วยการกระตุ้นอะตอมของก๊าซด้วยพลังงานไฟฟ้า จึงทำให้ผลลัพธ์ที่ได้ คือพลังงานที่ถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของลำแสงเลเซอร์

หัวตัดเลเซอร์

สำหรับการทำงานของหัวตัดเลเซอร์นั้น จะมีส่วนที่ทำหน้าที่ในการสร้างลำแสงเลเซอร์ซึ่งลำแสงที่ได้นี้ก็จะมีช่วงความยาวคลื่นเฉพาะ ทำให้เกิดลำแสงเลเซอร์ที่พร้อมตัดวัตถุให้ขาดจากกันได้อย่างรวดเร็ว ทันใจ และเมื่อผ่านกระบวนการนี้แล้ว ลำแสงเลเซอร์ ก็จะถูกส่งผ่านไปยังเลนส์ ที่จะทำหน้าที่ในการบีบลำแสงให้แคบลงและมีความเข้มข้นที่สูงขึ้น พร้อมกับส่องผ่านไปยังชิ้นงาน เพื่อตัดชิ้นงานตามต่อการต่อไป นอกจากนี้ หลังตัดชิ้นงานเรียบร้อยแล้ว หัวตัดก็จะนำเข้าก๊าซที่มีความดันต่ำ เพื่อเป่าไล่เศษจากการตัดชิ้นงานให้หมดไปอีกด้วย จึงไม่เหลือร่องรอยการตัดไว้ให้เห็น

การตัดโลหะด้วยกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์

เลเซอร์ เกิดจากกระบวนการที่กระตุ้นให้รังสีมีการแผ่ออกไปและมีทิศทางในการแผ่มากขึ้น และลำแสงจะค่อยๆ มีความเข้มขึ้นเมื่อวงอิเล็คตรอนเคลื่อนที่จนถูกเหนี่ยวนำอีกด้วย ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ก็จะเกิดเป็นคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นตามที่กำหนด และสามารถใช้ตัดวัตถุได้อย่างมีสิทธิภาพ

ในปัจจุบัน การตัดชิ้นงานด้วยเลเซอร์ กำลังได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะในวงอุตสาหกรรมการผลิต ที่มีการประยุกต์เอาลำแสงเลเซอร์มาใช้เพื่อเพิ่มความรวดเร็วและความแม่นยำในการผลิต ทำให้ได้ชิ้นงานที่ถูกใจและประหยัด แต่ทั้งนี้หากชิ้นงานมีความหนามาก ก็อาจทำให้ต้องสิ้นเปลืองก๊าซและพลังงานในการผลิตเลเซอร์มากพอสมควร ซึ่งเลเซอร์ที่นิยมใช้ในการตัดโลหะนั้น ก็คือ CO2Laser ที่สามารถตัดชิ้นงานที่มีช่วงความหนาตั้งแต่ 0.5-15 มม. โดยการยิงแสงเลเซอร์ไปยังวัตถุ ทำให้เนื้อวัตถุบริเวณนั้นละลายหลุดไป และชิ้นงานแยกจากกัน

นอกจากนี้ การตัดวัตถุด้วยเลเซอร์ก็นิยมใช้กับชิ้นงานที่มีความซับซ้อน เนื่องจากเครื่องตัดเลเซอร์ สามารถนำเข้า CAD ได้โดยตรง จึงสามารถตัดชิ้นงานที่มีความซับซ้อนให้ได้ชิ้นงานตามต้องการ อย่างรวดเร็วทันใจและคุ้มทุนในการตัดสุดๆ ทั้งยังเหมาะกับการนำมาตัดงานตามแบบเพื่อใช้เป็นต้นแบบ

มีข้อสังเกตนิดหนึ่งที่ไม่ควรมองข้าม นั่นก็คือ ลำแสงเลเซอร์อาจจะสะท้อนบนวัตถุที่มีความมันวาวได้ จึงต้องแก้ปัญหา ด้วยการพ่นเคลือบผิวเพื่อลดความมันเงาบนวัตถุก่อนแล้วจึงค่อยตัดด้วยเลเซอร์ในลำดับต่อไป

กระบวนการตัดโดยใช้ความร้อน Laser Beam cutting (LBC)

เป็นกระบวนการตัดโดยใช้ความร้อน ซึ่งจะต้องใช้แก๊สเข้าช่วย ในการขจัดเศษโลหะที่หลอมเหลวออกมาให้หมดไปด้วย โดยสำหรับกระบวนการสร้างแสงเลเซอร์นั้น จะต้องใช้สารกำเนิดที่เป็นแก๊ส นำเข้าระบบนำรังสีที่เป็นระบบกระจกเงา เมื่อส่องลำแสงไปยังวัตถุ วัตถุบริเวณนั้นจะหลอมละลายกลายเป็นไอ และสามารถตัดวัตถุออกจากกันได้ในที่สุด แต่ในการตัดวัตถุที่มีความมันวาวนั้น อาจจะเกิดปัญหาได้ ซึ่งจะต้องแยกตามสารกำเนิดเลเซอร์ตามนี้ซะก่อน

• CO2 Laser ใช้ในการตัด เชื่อมและคว้านวัตถุ
• Neodynium Laser ใช้ในการเชื่อมและการคว้าน ที่ต้องใช้พลังงานสูง
• Nd-YAG Laser ใช้ในงานสลัก งานคว้านและงานเชื่อม ที่ต้องใช้พลังงานสูง

เพราะการตัดชิ้นงานด้วยเลเซอร์มีความรวดเร็วทันใจและสามารถตัดชิ้นงานได้อย่างแม่นยำ จึงทำให้การตัดแบบนี้ได้รับความนิยมที่สุด โดยข้อดีของการตัดด้วยเลเซอร์นั้น ก็คือ เกิดแก๊สน้อย, ได้ชิ้นงานที่มีคุณภาพ, และมีความเร็วในการตัดสูงมาก ดังนั้น การตัดด้วยเลเซอร์จึงเป็นวิธีที่น่าสนใจอย่างมาก