เข้าใจพื้นฐานการตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์

การตัดด้วยเลเซอร์คืออะไร และทำไมจึงกลายเป็น วิธีที่นิยมในการแปรรูปแผ่นเหล็ก ? โดยพื้นฐานแล้ว การตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการทางความร้อนที่ใช้ลำแสงที่มีความเข้มข้นสูงเพื่อหลอมละลาย ทำให้ระเหย หรือเผาผ่านโลหะได้อย่างแม่นยำอย่างยิ่ง คำว่า "เลเซอร์" เองหมายถึง Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — เทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการการแปรรูปวัสดุนับตั้งแต่แนะนำใช้ในช่วงทศวรรษ 1960

เมื่อตัดด้วยเลเซอร์ ผู้ผลิตสามารถบรรลุระดับความแม่นยำที่วิธีการตัดเชิงกลแบบดั้งเดิมไม่อาจเทียบเคียงได้ ส่งผลให้การตัดเหล็กด้วยเลเซอร์กลายเป็นกระบวนการสำคัญในหลากหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่อุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ไปจนถึงงานก่อสร้างสถาปัตยกรรม

การโต้ตอบของลำแสงเลเซอร์กับเหล็ก

ลองนึกภาพการใช้แว่นขยายสะท้อนแสงอาทิตย์—ตอนนี้เพิ่มความเข้มข้นนั้นขึ้นหลายพันเท่า นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นโดยพื้นฐานในการตัดโลหะแผ่นด้วยเลเซอร์ เมื่อลำแสงเลเซอร์กระทบผิวเหล็ก จะเริ่มเกิดปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าสนใจขึ้นตามลำดับ

ตามการวิจัยจาก ProMetalForm , รังสีบางส่วนจะสะท้อนออกจากผิวโลหะ แต่ส่วนสำคัญถูกดูดซับและเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน นี่คือสิ่งที่ทำให้กระบวนการนี้เสริมตัวเอง: เมื่ออุณหภูมิของเหล็กร้อนขึ้น ความสามารถในการดูดซับพลังงานเลเซอร์จะเพิ่มขึ้นด้วย สร้างวงจรตอบสนองเชิงบวกที่ทำให้กระบวนการตัดมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อเริ่มต้นแล้ว

องค์ประกอบหลักของการตัดโลหะด้วยเลเซอร์ ได้แก่:

• การสร้างลำแสง: ใช้ส่วนผสมก๊าซ CO2 หรือระบบไฟเบอร์ออปติกในการสร้างแหล่งกำเนิดแสงที่เข้มข้น
• ออปติกส์สำหรับโฟกัส: เลนส์หรือกระจกเว้าที่ทำหน้าที่รวมลำแสงให้อยู่ในจุดเล็กๆ ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก
• การกลายเป็นไอของวัสดุ: พลังงานที่ถูกโฟกัสจะทำให้เหล็กร้อนขึ้น หลอมละลาย และกลายเป็นไอบางส่วนที่ตำแหน่งที่ตัด
• การพ่นก๊าซช่วยงาน: ลำก๊าซแบบโคแอกเซียลพ่นวัสดุที่หลอมเหลวออกไป ทำให้เกิดร่องตัดที่สะอาด

หลักการทางวิทยาศาสตร์ของการตัดด้วยความร้อน

เมื่ออุณหภูมิในบริเวณจุดตัดเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เหล็กจะผ่านการเปลี่ยนแปลงเฟสอย่างต่อเนื่อง โลหะแข็งจะถูกให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว จากนั้นเริ่มหลอมเหลว และหากได้รับพลังงานที่เข้มข้นเพียงพอ ก็สามารถกลายเป็นไอโดยตรงได้ ในบางงานที่ใช้กำลังสูงจะเกิดการระเหิดโดยตรง กล่าวคือ เหล็กเปลี่ยนสถานะจากของแข็งไปเป็นก๊าซทันที โดยข้ามสถานะของเหลวไปเลย

ร่องเฉพาะตัวที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการนี้เรียกว่า "เคิร์ฟ" ตาม TWI Global เคิร์ฟจะเกิดขึ้นเมื่อวัสดุที่หลอมเหลวถูกพ่นออกไปด้วยกระแสก๊าซช่วยตัด รูปร่างและคุณภาพของเคิร์ฟขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น พลังงานเลเซอร์ ความเร็วในการตัด ชนิดและความดันของก๊าซ รวมถึงคุณสมบัติเฉพาะของเหล็ก

ปัจจัยสำคัญสองประการที่ควบคุมประสิทธิภาพในการตัด ได้แก่ เส้นผ่านศูนย์กลางจุดโฟกัสและความลึกของโฟกัส ขนาดจุดที่เล็กลงจะให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น ทำให้ได้รอยตัดที่สะอาด ในขณะที่ความลึกของโฟกัสที่มากขึ้นช่วยให้สามารถประมวลผลวัสดุที่หนาขึ้น และทนต่อการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งโฟกัสได้ดีขึ้น เนื่องจากความต้องการเหล่านี้ขัดแย้งกัน ผู้ปฏิบัติงานจึงต้องหาจุดสมดุลที่เหมาะสมตามความหนาของเหล็กและข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับงานแต่ละประเภท

การเข้าใจพื้นฐานเหล่านี้จะเป็นรากฐานสำคัญในการเชี่ยวชาญด้านกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ขั้นสูงยิ่งขึ้น ตั้งแต่การเลือกประเภทเลเซอร์ที่เหมาะสม ไปจนถึงการปรับแต่งพารามิเตอร์ให้เหมาะสมกับเกรดเหล็กเฉพาะ

เทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์ เทียบกับ เทคโนโลยี CO2 สำหรับการใช้งานกับเหล็ก

ดังนั้นคุณเข้าใจแล้วว่าลำแสงเลเซอร์มีปฏิสัมพันธ์กับเหล็กอย่างไร แต่คุณควรใช้เลเซอร์ประเภทใดกันแน่? คำถามนี้ก่อให้เกิดการถกเถียงกันอย่างมากในหมู่ผู้ผลิต และคำตอบขึ้นอยู่กับความต้องการในการตัดเหล็กเฉพาะของคุณอย่างมาก เทคโนโลยีหลักสองประเภท ได้แก่ เลเซอร์ไฟเบอร์และเลเซอร์ CO2 ต่างมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในงานประยุกต์ใช้งานที่แตกต่างกัน

นี่คือความแตกต่างที่สำคัญ: เลเซอร์ไฟเบอร์ทำงานที่ความยาวคลื่นประมาณ 1.06 ไมโครเมตร ในขณะที่เลเซอร์ CO2 สร้างแสงที่ 10.6 ไมโครเมตร ทำไมสิ่งนี้ถึงสำคัญ? ตามรายงานของ Bodor laser โลหะดูดซับความยาวคลื่นของเลเซอร์ไฟเบอร์ที่สั้นกว่าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า ส่งผลให้การตัดแผ่นเหล็กมีความเร็วสูง สะอาด และแม่นยำกว่า

ข้อได้เปรียบของเลเซอร์ไฟเบอร์สำหรับเหล็กบาง

เมื่อประมวลผลแผ่นเหล็กที่มีความหนาน้อยกว่า 6 มม. การตัดโลหะด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์จะเหนือกว่าการแข่งขันอย่างชัดเจน ตัวเลขแสดงให้เห็นอย่างชัดเจน: เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดได้เร็วกว่าระบบ CO2 ที่เทียบเคียงกันได้ถึงสามเท่าในวัสดุบาง ๆ ลองจินตนาการถึงการตัดสแตนเลสที่ความเร็วสูงถึง 20 เมตรต่อนาที — นั่นคือระดับผลผลิตที่เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์รุ่นใหม่สามารถทำได้

อะไรทำให้เทคโนโลยีไฟเบอร์มีประสิทธิภาพมากขนาดนี้สำหรับเหล็กบาง ๆ?

• คุณภาพลำแสงยอดเยี่ยม: ขนาดจุดโฟกัสที่เล็กลงทำให้มีความเข้มของพลังงานสูงขึ้นที่จุดตัด
• การดูดซับที่ดีกว่า: เหล็กดูดซับความยาวคลื่น 1.06μm ได้มีประสิทธิภาพมากกว่าความยาวคลื่น CO2 ที่ยาวกว่า
• พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนลดลง: กระบวนการที่เร็วขึ้นหมายถึงการบิดตัวจากความร้อนที่ลดลงในวัสดุบาง ๆ
• การจัดการวัสดุสะท้อนแสง: เลเซอร์ไฟเบอร์ทำงานได้ยอดเยี่ยมกับอลูมิเนียม ทองแดง และทองเหลือง — วัสดุที่เป็นอุปสรรคต่อระบบ CO2

A เครื่องตัดเลเซอร์ไฟเบอร์ cnc ยังให้ข้อได้เปรียบในการดำเนินงานที่สำคัญอีกด้วย ตามการวิเคราะห์ของ EVS Metal ปี 2025 ระบบที่ใช้ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟสูงถึง 50% เมื่อเทียบกับเลเซอร์ CO2 ที่มีเพียง 10-15% สิ่งนี้ส่งผลโดยตรงให้ค่าไฟฟ้าต่ำลง—ประมาณ 3.50-4.00 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมงสำหรับระบบไฟเบอร์ เทียบกับ 12.73 ดอลลาร์สหรัฐสำหรับระบบ CO2 ที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียงกัน

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ยังมีข้อได้เปรียบในด้านการบำรุงรักษาด้วย เนื่องใช้เทคโนโลยีแบบสเตตเต็ม (solid-state) และมีชิ้นส่วนออพติกที่ต้องปรับแนวลำแสงน้อยกว่า ทำให้ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษารายปีมักอยู่ที่ 200-400 ดอลลาร์สหรัฐ เทียบกับ 1,000-2,000 ดอลลาร์สหรัฐสำหรับระบบ CO2 สำหรับการแปรรูปเหล็กในปริมาณมาก ความประหยัดเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป

เมื่อเลเซอร์ CO2 ทำงานได้ดีกับแผ่นหนา

นั่นหมายความว่าเทคโนโลยี CO2 ล้าสมัยแล้วหรือไม่? ไม่ทั้งหมด เมื่อคุณตัดแผ่นเหล็กที่มีความหนาเกิน 12 มม. สมการจะเปลี่ยนไป เครื่องตัดโลหะด้วยเลเซอร์ CO2 ให้คุณภาพขอบที่เหนือกว่าในงานตัดชิ้นงานหนา ให้พื้นผิวเรียบเนียนมากขึ้น ซึ่งมักต้องการการตกแต่งหลังกระบวนการน้อยลง

หลักฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังข้อได้เปรียบนี้เกี่ยวข้องกับการที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่ามีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุที่หนากว่า ลำแสงที่ 10.6μm กระจายความร้อนเข้าไปในแนวตัดได้อย่างสม่ำเสมอมากขึ้น ลดลวดลายแบบแถบซึ่งอาจปรากฏที่ขอบเหล็กหนาเมื่อใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ในการตัดโลหะ สำหรับการใช้งานที่คุณภาพผิวเรียบมีความสำคัญมากกว่าความเร็วในการตัดเพียงอย่างเดียว ระบบ CO2 ยังคงสามารถแข่งขันได้

ตาม การเปรียบเทียบทางเทคนิคของ Accurl , เลเซอร์ CO2 สามารถจัดการวัสดุที่มีความหนาเกิน 20 มม. ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เหมาะสำหรับงานผลิตโครงสร้างหนัก เทคโนโลยียังคงมีข้อได้เปรียบเมื่อประมวลผลในสภาพแวดล้อมที่มีวัสดุผสม ซึ่งรวมถึงวัสดุที่ไม่ใช่โลหะร่วมกับเหล็ก

ปัจจัยในการเปรียบเทียบ	ไลเซอร์ไฟเบอร์	เลเซอร์ co2
ความยาวคลื่น	1.06 μm	10.6 μm
ความหนาเหล็กที่เหมาะสมที่สุด	ต่ำกว่า 6 มม. (ทำงานได้ดีเยี่ยม) สูงสุดถึง 25 มม. (มีประสิทธิภาพ)	เหนือ 12 มม. (สามารถแข่งขันได้) สูงสุดถึง 40 มม. ขึ้นไป
ความเร็วในการตัด (เหล็กบาง)	เร็วกว่า CO2 ได้ถึง 3 เท่า	ความเร็วพื้นฐาน
ประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน	ประสิทธิภาพพลังงาน 30-50%	ประสิทธิภาพพลังงาน 10-15%
ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานต่อชั่วโมง	$3.50-4.00	$12.73
การบำรุงรักษาประจำปี	$200-400	$1,000-2,000
คุณภาพขอบ (เหล็กบาง)	ยอดเยี่ยม เศษแตกร้าวน้อยมาก	ดี
คุณภาพขอบ (เหล็กหนา)	ดี อาจมีริ้วรอยปรากฏ	ยอดเยี่ยม พื้นผิวเรียบเนียนกว่า
การจัดการโลหะสะท้อนแสง	ยอดเยี่ยม (อลูมิเนียม ทองแดง ทองเหลือง)	ทำได้ยาก มีความเสี่ยงจากการสะท้อนกลับ
อายุการใช้งานของอุปกรณ์	สูงสุดถึง 100,000 ชั่วโมง	20,000-30,000 ชั่วโมง
ต้นทุนการเป็นเจ้าของรวม 5 ปี	~$655,000	~$1,175,000

ทิศทางตลาดสะท้อนความเป็นจริงทางเทคนิคนี้ เลเซอร์ไฟเบอร์ในปัจจุบันครองส่วนแบ่งประมาณ 60% ของตลาดการตัดด้วยเลเซอร์ โดยมีอัตราการนำเทคโนโลยีไปใช้เพิ่มขึ้น 10.8-12.8% ต่อปี เมื่อเทียบกับเพียง 3.1-5.4% สำหรับระบบ CO2 โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตัดแผ่นเหล็ก ข้อได้เปรียบของเลเซอร์ไฟเบอร์จะเด่นชัดยิ่งขึ้น—ร้านงานผลิตชิ้นส่วนโลหะส่วนใหญ่ที่ประมวลผลเหล็กเป็นหลักได้เปลี่ยนมาใช้เทคโนโลยีไฟเบอร์แล้ว เนื่องจากความเร็ว ประสิทธิภาพ และต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำกว่า

อย่างไรก็ตาม การตัดสินใจเลือกให้ถูกต้องจำเป็นต้องประเมินความต้องการเฉพาะของคุณอย่างตรงไปตรงมา คุณตัดแผ่นเหล็กที่มีความหนาเท่าใดบ่อยที่สุด? ความสำคัญระหว่างผิวขอบที่ได้กับความเร็วในการตัดคืออะไร? ปริมาณการผลิตของคุณเป็นอย่างไร? คำถามเหล่านี้จะช่วยกำหนดว่าเครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์หรือระบบ CO2 จะเหมาะกับการดำเนินงานของคุณมากกว่ากัน และการเข้าใจเกรดของเหล็กที่คุณจะตัดนั้นมีบทบาทสำคัญไม่แพ้กันในการตัดสินใจครั้งนี้

การเลือกเกรดเหล็กที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการเลเซอร์

คุณได้เลือกเทคโนโลยีเลเซอร์ของคุณแล้ว—แต่คุณเคยพิจารณามั้ยว่า เหล็กของคุณเหมาะกับการตัดด้วยเลเซอร์จริงหรือไม่? เหล็กทุกชนิดไม่ได้มีสมรรถนะเท่ากันภายใต้ลำแสงที่โฟกัสไว้ ความแตกต่างระหว่างรอยตัดที่เรียบร้อยไร้ที่ติ กับความล้มเหลวที่น่าหงุดหงิด มักขึ้นอยู่กับการเลือกวัสดุ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ผู้ผลิตจำนวนมากมักมองข้าม จนกระทั่งเกิดปัญหาขึ้น

การเข้าใจว่าอะไรทำให้เหล็กเป็น 'เกรดคุณภาพสำหรับเลเซอร์' สามารถช่วยประหยัดเวลาอันแสนยาวนานจากการแก้ไขปัญหา และลดการสูญเสียวัสดุได้ ลองมาดูกันว่า ข้อกำหนดใดบ้างที่สำคัญที่สุด และเหล็กแต่ละเกรดมีพฤติกรรมอย่างไรในกระบวนการตัด

อะไรทำให้เหล็กเป็นเกรดคุณภาพสำหรับเลเซอร์

เมื่อคุณกำลัง การจัดหาเหล็กสำหรับกระบวนการเลเซอร์ ลักษณะทางกายภาพสามประการที่กำหนดความสำเร็จ ได้แก่ ความเรียบ, สภาพผิว, และความทนทานต่อความหนา ทำไมสิ่งเหล่านี้ถึงมีความสำคัญมาก?

ความเรียบของแผ่นเหล็กมีผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอของการโฟกัส เครื่องตัดเลเซอร์สำหรับเหล็กจะต้องรักษาระยะโฟกัสที่แม่นยำตลอดทั้งแผ่น ตามคู่มือวัสดุของ Laser 24 แผ่นเหล็กที่โค้งงอหรือบิดเบี้ยวจะทำให้จุดโฟกัสเลื่อนหลุด ทำให้เกิดคุณภาพการตัดที่ไม่สม่ำเสมอ ความแปรปรวนของรอยตัดที่กว้างขึ้น และอาจเกิดการตัดล้มเหลวในส่วนที่หนา

สภาพผิวมีผลต่อการโต้ตอบระหว่างลำแสงเลเซอร์กับวัสดุในช่วงแรกๆ คราบออกไซด์หนา สนิม หรือคราบน้ำมันสามารถรบกวนการดูดซึมลำแสง ทำให้เกิดรอยตัดที่ไม่สม่ำเสมอและสะเก็ดโลหะกระเด็นมากเกินไป พื้นผิวที่สะอาดและสม่ำเสมออนุญาตให้ถ่ายโอนพลังงานได้อย่างคาดการณ์ได้ตั้งแต่มิลลิวินาทีแรกของการตัด

ความทนทานต่อความหนาเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อโปรแกรมพารามิเตอร์การตัด หากเหล็ก "3 มม." ของคุณมีความแตกต่างระหว่าง 2.8 มม. ถึง 3.3 มม. ทั่วทั้งแผ่น พารามิเตอร์ที่ถูกปรับให้เหมาะสมกับความหนาตามค่าที่ระบุจะทำงานได้ไม่เต็มที่ในบริเวณที่หนากว่า และอาจเผาทะลุในบริเวณที่บางเกินไป

การเลือกประเภทเหล็กให้เหมาะสมกับข้อกำหนดการตัด

เกรดเหล็กแต่ละประเภทมีความท้าทายและโอกาสที่แตกต่างกันสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ นี่คือสิ่งที่คุณควรรู้เกี่ยวกับแต่ละหมวดหมู่หลัก:

• เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (S275, S355, CR4): เกรดโครงสร้างเหล่านี้ถือเป็นวัสดุที่เหมาะกับการตัดด้วยเลเซอร์สแตนเลสได้ง่ายที่สุด โดยมีปริมาณคาร์บอนโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.05% ถึง 0.25% ซึ่งส่งผลต่อความแข็งของขอบที่ตัดและแนวโน้มการแตกร้าวของขอบ เกรด S275 และ S355 ที่มักเรียกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ นั้นแยกแยะจากกันตามความต้านทานแรงดึง (275 N/mm² และ 355 N/mm² ตามลำดับ) ตามข้อมูลจาก Laser 24 , วัสดุเหล่านี้สามารถตัดได้อย่างสะอาดในช่วงความหนาตั้งแต่ 3 มม. ถึง 30 มม. หากตั้งค่าพารามิเตอร์อย่างเหมาะสม ส่วน CR4 (Cold Reduced Grade 4) มีผิวเรียบที่ดีกว่า เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มองเห็นได้ สามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงความหนา 0.5 มม. ถึง 3 มม.
• เกรดเหล็กสเตนเลส (304, 316, 430): การตัดเลเซอร์สแตนเลสสตีลจำเป็นต้องใส่ใจในพฤติกรรมเฉพาะของแต่ละเกรด เกรด 304 ซึ่งเป็นสแตนเลสแบบออสเทนนิติกที่ใช้กันทั่วไปที่สุด มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และสามารถตัดได้อย่างสะอาดด้วยแก๊สช่วยเหลือไนโตรเจน เพื่อให้ได้ขอบที่ปราศจากออกไซด์ เกรด 316 มีโมลิบดีนัมเพิ่มเข้ามาเพื่อเพิ่มความต้านทานสารเคมี ซึ่งสำคัญต่อการใช้งานในงานทางทะเลและแปรรูปอาหาร แต่เนื่องจากมีปริมาณนิกเกิลสูงกว่า ทำให้การนำความร้อนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย จึงจำเป็นต้องมีการปรับพารามิเตอร์อย่างเล็กน้อย ส่วนสแตนเลสแบบเฟอร์ริติก เกรด 430 มีปริมาณนิกเกิลต่ำกว่า ทำให้มีราคาประหยัดมากขึ้น แต่ยังคงให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีสำหรับการใช้งานในงานสถาปัตยกรรม เมื่อคุณต้องการเครื่องตัดเลเซอร์สำหรับการใช้งานกับสแตนเลสสตีล การเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้จะช่วยให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพทั้งในด้านคุณภาพและต้นทุนได้
• เหล็กชุบสังกะสี (Zintec, ชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน) ชั้นเคลือบสังกะสีที่ป้องกันการกัดกร่อนนั้นสร้างความท้าทายเฉพาะตัว ตามที่ Kirin Laser , สังกะสีจะกลายเป็นไอที่อุณหภูมิประมาณ 907°C ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กกล้าอย่างมาก ทำให้เกิดก๊าซฟูมที่จำเป็นต้องใช้ระบบดูดระบายอากาศที่เหมาะสม เหล็กกล้ารีดเย็นเคลือบสังกะสี (Zintec) สามารถตัดได้อย่างเรียบร้อยในช่วงความหนาตั้งแต่ 0.7 มม. ถึง 3 มม. ในขณะที่วัสดุชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนสามารถนำมาแปรรูปได้ถึงความหนา 5 มม. หากมีการระบายอากาศที่เพียงพอ ชั้นเคลือบอาจทำให้ขอบที่ตัดได้มีลักษณะหยาบขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าที่ไม่มีชั้นเคลือบ แต่เครื่องตัดไฟเบอร์เลเซอร์รุ่นใหม่สามารถจัดการวัสดุเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• เหล็กกล้าความแข็งแรงสูง ความถี่ต่ำ (HSLA): เหล็กวิศวกรรมประเภทนี้รวมเอาความแข็งแรงไว้ด้วยน้ำหนักที่ลดลง โดยผ่านกระบวนการผสมโลหะอย่างระมัดระวังกับธาตุต่างๆ เช่น วาเนเดียม ไนโอเบียม หรือไทเทเนียม การตัดด้วยเลเซอร์วัสดุ SS และเกรด HSLA จำเป็นต้องใส่ใจเป็นพิเศษกับโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มักถูกกำหนดคุณสมบัติไว้โดยเฉพาะเพื่อคุณสมบัติทางกลของมัน ความร้อนที่ป้อนเข้าไปมากเกินไปอาจเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคที่ควบคุมอย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เหล็ก HSLA มีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ได้เปรียบ

นอกเหนือจากการเลือกเกรดวัสดุแล้ว ควรพิจารณาด้วยว่าวัสดุที่คุณเลือกจะมีประสิทธิภาพอย่างไรตลอดกระบวนการผลิตทั้งหมด เหล็กที่ตัดได้อย่างสวยงามอาจก่อให้เกิดปัญหาในขั้นตอนถัดไป เช่น การดัด การเชื่อม หรือการตกแต่งชิ้นงาน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์การตัดด้วยเลเซอร์กับคุณสมบัติของวัสดุนั้นขยายออกไปไกลกว่าโต๊ะตัด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเข้าใจพารามิเตอร์การตัดที่สำคัญจึงกลายเป็นขั้นตอนสำคัญขั้นต่อไปของคุณ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีคุณภาพสูงและสม่ำเสมอ

พารามิเตอร์การตัดที่สำคัญและปัจจัยความแม่นยำ

คุณได้เลือกเทคโนโลยีเลเซอร์ที่เหมาะสมและจัดหาเหล็กคุณภาพดีมาแล้ว แต่คุณจะตั้งค่าพารามิเตอร์อย่างไรเพื่อให้ได้รอยตัดที่สมบูรณ์แบบ? นี่คือจุดที่ผู้ปฏิบัติงานหลายคนประสบปัญหา และเป็นช่องว่างทางความรู้ที่ทำให้ผลลัพธ์โดยเฉลี่ยกับผลลัพธ์ระดับยอดเยี่ยมแตกต่างกันอย่างชัดเจน การเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟ ความเร็ว และตำแหน่งโฟกัส จะเปลี่ยนเครื่องตัดเหล็กจากเครื่องมือราคาแพงให้กลายเป็นเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง

ความจริงก็คือ ความแม่นยำในการตัดด้วยเลเซอร์ขึ้นอยู่กับการควบคุมตัวแปรหลายประการให้ทำงานสอดคล้องกันอย่างลงตัว หากใช้กำลังไฟมากเกินไป จะทำให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมากเกินไปและเกิดคราบสะเก็ดเหล็ก (dross) ตามมา ในทางกลับกัน กำลังไฟที่น้อยเกินไปจะทำให้การตัดไม่สมบูรณ์ ความเร็วที่สูงเกินไปจะทำให้ขอบตัดหยาบ ขณะที่ความเร็วต่ำเกินไปจะทำให้วัสดุไหม้และสิ้นเปลืองวัสดุมากขึ้น มาทำความเข้าใจความสัมพันธ์เหล่านี้เพื่อให้คุณสามารถปรับแต่งเครื่องตัดเหล็กด้วยเลเซอร์ให้เหมาะสมกับการใช้งานใด ๆ ก็ตาม

ค่าตั้งกำลังไฟตามความหนาของเหล็ก

กฎพื้นฐานนั้นเรียบง่าย: เหล็กที่หนากว่าต้องการกำลังไฟมากกว่า แต่ความสัมพันธ์นี้ไม่ได้เป็นเชิงเส้นอย่างสมบูรณ์ และการเข้าใจรายละเอียดปลีกย่อยจะช่วยให้คุณเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมและปรับปรุงระบบเดิมให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

ตามตารางความเร็วจาก Hytek Tools ความต้องการกำลังไฟของเลเซอร์ไฟเบอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างคาดการณ์ได้ตามความหนาของวัสดุ เลเซอร์ 3 กิโลวัตต์สามารถตัดเหล็กแผ่นบางได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขณะที่การตัดแผ่นหนา 20 มม. ขึ้นไปจำเป็นต้องใช้แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มีกำลัง 12 กิโลวัตต์หรือสูงกว่า นี่คือกรอบแนวทางปฏิบัติสำหรับการตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์:

ความหนาของเหล็ก	กำลังขับที่แนะนำ	ช่วงความเร็วในการตัด	ตำแหน่งโฟกัส
0.5–1.0 มม.	1–2 กิโลวัตต์	15–30 ม./นาที	บนผิวถึง +0.5 มม. ด้านบน
1.0–3.0 มม.	2–3 กิโลวัตต์	8–20 ม./นาที	บนผิวถึง -0.5 มม. ด้านล่าง
3.0–6.0 มม.	3–6 กิโลวัตต์	3–10 ม./นาที	-1.0 ถึง -2.0 มม. ใต้ผิว
6.0–12.0 มม.	6–12 กิโลวัตต์	1–4 ม./นาที	-2.0 ถึง -4.0 มม. ใต้ผิวหน้า
12.0–20.0 มม.	12–20 กิโลวัตต์	0.5–2 ม./นาที	-4.0 ถึง -6.0 มม. ใต้ผิวหน้า
20.0–30.0 มม.	20–30 กิโลวัตต์	0.3–1 ม./นาที	-6.0 ถึง -8.0 มม. ใต้ผิวหน้า

สังเกตว่าตำแหน่งโฟกัสจะเลื่อนลึกลงไปในวัสดุมากขึ้นเมื่อความหนาเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ช่วยชดเชยเรื่องรูปทรงของรอยตัด—วัสดุที่หนากว่าจำเป็นต้องให้จุดโฟกัสของลำแสงอยู่ใต้ผิวหน้า เพื่อรักษาระดับพลังงานในการตัดตลอดความลึกทั้งหมด การตั้งค่าผิดพลาดในจุดนี้เป็นสาเหตุทั่วไปที่ทำให้การตัดไม่สมบูรณ์ และเกิดคราบเศษเหล็ก (dross) มากเกินไปที่ขอบด้านล่าง

ความแตกต่างด้านการนำความร้อนระหว่างชนิดของเหล็กยังส่งผลต่อการเลือกพารามิเตอร์ด้วย เหล็กสเตนเลสสามารถนำความร้อนได้น้อยกว่าเหล็กกล้าอ่อนประมาณ 30% ซึ่งหมายความว่าจะกักเก็บพลังงานไว้ในโซนตัดได้นานกว่า ทำให้สามารถตัดเหล็กสเตนเลสได้เร็วกว่าเล็กน้อยในความหนาเท่ากัน—แต่ก็เพิ่มความเสี่ยงต่อการบิดงอจากความร้อนได้ หากพารามิเตอร์ไม่ถูกปรับสมดุลอย่างระมัดระวัง

การปรับความเร็วให้เหมาะสมเพื่อได้ขอบที่เรียบเนียน

ฟังดูซับซ้อนใช่ไหม? ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วและคุณภาพที่ได้จริงๆ แล้วขึ้นอยู่กับหลักการพื้นฐานที่เข้าใจได้ง่าย เมื่อคุณเข้าใจหลักฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลัง ตาม คู่มือฉบับสมบูรณ์ของ DW Laser , ความเร็วเป็นตัวกำหนดว่าความร้อนจะกระจายไปทั่วโซนตัดอย่างไร

ความเร็วสูงจะช่วยกระจายพลังงานความร้อนได้อย่างสม่ำเสมอมากขึ้น ป้องกันการร้อนเกินท้องถิ่นซึ่งก่อให้เกิดการไหม้และการออกซิเดชันมากเกินไป ความเร็วต่ำจะรวมความร้อนไว้เพื่อสร้างรอยตัดที่สะอาดกว่า — แต่หากช้าเกินไป จะทำให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดใหญ่ มีขอบที่เปลี่ยนสี และอาจมีการเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยา

การค้นหาจุดสมดุลที่เหมาะสมที่สุดจำเป็นต้องเข้าใจหลักการสำคัญเหล่านี้:

• ความซับซ้อนของแบบมีผล: ลวดลายที่ซับซ้อนซึ่งมีมุมแคบต้องใช้ความเร็วต่ำกว่าเพื่อรักษาระดับความแม่นยำ — หัวเลเซอร์ต้องลดความเร็ว หยุดนิ่งขณะเปลี่ยนทิศทาง จากนั้นจึงเร่งความเร็วอีกครั้ง
• ความสม่ำเสมอของวัสดุมีผลต่อความทนทานต่อความเร็ว: ความหนาที่สม่ำเสมอช่วยให้สามารถใช้ความเร็วคงที่ได้ แต่หากมีความแตกต่างกันจะต้องใช้พารามิเตอร์ที่ระมัดระวังหรือระบบควบคุมแบบปรับตัว
• คุณภาพของขอบเป็นตัวกำหนดการเลือกความเร็ว: ชิ้นส่วนตกแต่งที่ต้องการขอบเรียบสมบูรณ์จำเป็นต้องใช้ความเร็วต่ำกว่า ในขณะที่ชิ้นส่วนโครงสร้างอาจทนต่อการตัดด้วยความเร็วสูงขึ้นได้ แม้มีขอบที่หยาบเล็กน้อย
• ความดันก๊าซช่วยเหลือมีปฏิสัมพันธ์กับความเร็ว: ความดันก๊าซที่สูงขึ้นทำให้สามารถตัดได้เร็วขึ้น โดยขจัดวัสดุที่หลอมละลายออกจากแนวตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

เมื่อประเมินบริการตัดด้วยเลเซอร์แบบความแม่นยำ หรือคำนวณค่าใช้จ่ายในการตัดด้วยเลเซอร์สำหรับโครงการหนึ่ง ๆ ควรระลึกไว้ว่า ค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบลงมักต้องการความเร็วในการตัดที่ช้าลง—ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อเวลาวงจรและต้นทุน การแลกเปลี่ยนระหว่างความเร็วและความแม่นยำนี้ถือเป็นหัวใจสำคัญทางเศรษฐศาสตร์ของการตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์

ค่าความคลาดเคลื่อนที่ทำได้และความแม่นยำในการจัดตำแหน่ง

คุณสามารถคาดหวังความแม่นยำได้มากเพียงใดจากชิ้นส่วนเหล็กที่ตัดด้วยเลเซอร์? ข้อกำหนดด้านค่าความคลาดเคลื่อนของ TEPROSA การตัดด้วยเลเซอร์สามารถบรรลุความแม่นยำทางมิติได้อย่างน่าประทับใจ—แต่ค่าความคลาดเคลื่อนขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุและขีดความสามารถของเครื่องจักรเป็นอย่างมาก

อ้างอิงมาตรฐานอุตสาหกรรมคือ DIN ISO 2768 ซึ่งกำหนดระดับความคลาดเคลื่อนตั้งแต่ระดับละเอียด (f) จนถึงหยาบมาก (sg) โดยทั่วไปบริการตัดเลเซอร์ความแม่นยำสูงจะผลิตตามเกณฑ์ DIN ISO 2768-1 m (ระดับความคลาดเคลื่อนปานกลาง) เป็นพื้นฐาน นี่คือความหมายในทางปฏิบัติ:

• ขนาดไม่เกิน 6 มม.: สามารถทำได้ภายในช่วงความคลาดเคลื่อน ±0.1 มม.
• ขนาด 6–30 มม.: โดยทั่วไปมีความคลาดเคลื่อน ±0.2 มม.
• ขนาด 30–120 มม.: มาตรฐานมีความคลาดเคลื่อน ±0.3 มม.
• ขนาด 120–400 มม.: คาดว่าจะมีความคลาดเคลื่อน ±0.5 มม.

มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อความสามารถในการบรรลุช่วงความคลาดเคลื่อนที่แคบลง ได้แก่ ความแม่นยำของตำแหน่งเครื่องจักร—หรือความเที่ยงตรงที่หัวตัดติดตามเส้นทางที่โปรแกรมไว้—โดยทั่วไปอยู่ในช่วง ±0.03 มม. ถึง ±0.1 มม. บนระบบ CNC รุ่นใหม่ อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำเชิงกลไกนี้จะส่งผลต่อความถูกต้องของชิ้นงานก็ต่อเมื่อมีการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม ใช้วัสดุคุณภาพ และควบคุมสภาพอุณหภูมิให้มีเสถียรภาพ

ค่าความคลาดเคลื่อนของพื้นผิวเรียบเป็นไปตามมาตรฐานที่แยกต่างหาก โดยมาตรฐาน DIN EN ISO 9013 กำหนดข้อกำหนดด้านคุณภาพของการตัดด้วยความร้อน ในขณะที่ข้อกำหนดวัสดุ เช่น DIN EN 10259 (แผ่นรีดเย็น) และ DIN EN 10029 (แผ่นรีดร้อน) กำหนดค่าความเบี่ยงเบนของพื้นผิวเรียบที่ยอมรับได้ในวัสดุดิบเอง แม้การตัดด้วยเลเซอร์ที่สมบูรณ์แบบที่สุดก็ไม่สามารถแก้ไขปัญหาพื้นผิวเรียบที่มีอยู่ในเหล็กดิบได้

ยิ่งวัสดุมีความหนามากเท่าไร การควบคุมค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบก็จะยิ่งท้าทายมากขึ้น เนื่องจากความกว้างของรอยตัดจะเพิ่มขึ้นตามความหนา และมุมการตัด (การเอียงเล็กน้อยจากพื้นผิวด้านบนไปยังด้านล่าง) จะเด่นชัดมากขึ้น สำหรับการใช้งานที่สำคัญซึ่งต้องการความแม่นยำสูงในการตัดด้วยเลเซอร์ ควรระบุระดับความคลาดเคลื่อนที่แคบกว่าตั้งแต่ต้น—โดยเข้าใจว่าสิ่งนี้อาจส่งผลต่อทั้งเวลาในการประมวลผลและต้นทุน

ด้วยพลังงาน ความเร็ว และการโฟกัสที่ถูกปรับให้เหมาะสมกับความหนาและคุณภาพของเหล็กที่คุณต้องการ การตัดสินใจเพียงปัจจัยเดียวที่ยังคงมีความสำคัญคือ ก๊าซช่วยตัดที่ทำหน้าที่ขจัดวัสดุที่หลอมละลายออก และกำหนดรูปร่างของขอบที่ตัดได้ ปัจจัยที่มักถูกละเลยนี้ อาจเป็นตัวแปรที่ทำให้ผลลัพธ์แตกต่างระหว่างคุณภาพขอบที่พอใช้ได้ กับคุณภาพขอบที่เหนือกว่าอย่างแท้จริง

การเลือกก๊าซช่วยตัดและการเพิ่มประสิทธิภาพคุณภาพขอบ

คุณได้ปรับตั้งค่าพลังงานและความเร็วในการตัดเรียบร้อยแล้ว — แต่คุณคิดถึงผู้ช่วยที่มองไม่เห็นซึ่งทำให้การตัดที่สะอาดเป็นไปได้หรือไม่? ก๊าซช่วยตัดไม่ใช่เพียงตัวช่วยเสริมในการตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์เท่านั้น แต่ตามที่ The Fabricator ระบุไว้ มันคือ "หุ้นส่วนมากกว่าผู้ช่วย ที่ทำงานร่วมกันกับลำแสงเลเซอร์" อย่างไรก็ตาม น่าแปลกใจที่ผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากกลับมองข้ามปัจจัยสำคัญนี้ไป เมื่อเกิดปัญหาคุณภาพของการตัด

นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในทุกครั้งที่เลเซอร์ตัด: ลำแสงที่ถูกโฟกัสจะหลอมเหล็ก และก๊าซช่วยตัดจะพัดวัสดุที่ละลายออกไปจากรอยตัด ในขณะเดียวกันยังมีผลต่อปฏิกิริยาทางเคมีบริเวณโซนตัด หากเลือกก๊าซผิด หรือความดันผิด ก็จะทำให้เกิดปัญหาสะเก็ดหลอมเหลว (dross), การออกซิไดซ์ และขอบตัดที่ไม่สม่ำเสมอ แม้ว่าคุณจะปรับพารามิเตอร์อื่นๆ ได้อย่างสมบูรณ์แบบแล้วก็ตาม

การตัดด้วยออกซิเจนเพื่อความเร็วและประหยัดต้นทุน

เมื่อทำการตัดเหล็กกล้าอ่อนและเหล็กกล้าคาร์บอน ออกซิเจนจะให้สิ่งที่ก๊าซช่วยตัดชนิดอื่นไม่สามารถทำได้ นั่นคือปฏิกิริยาเอกซ์โซเทอร์มิก ซึ่งช่วยในการตัดวัสดุจริงๆ ตามข้อมูลจาก Bodor laser ออกซิเจนมีส่วนช่วยในการตัดประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ในวัสดุเหล่านี้ ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมจึงสามารถตัดได้เร็วกว่า โดยใช้กำลังเลเซอร์ที่ค่อนข้างต่ำ

ทำงานอย่างไร? เมื่ออ็อกซิเจนบริสุทธิ์สัมผัสกับเหล็กหลอมเหลว จะเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่สร้างพลังงานความร้อนเพิ่มเติม พลังงานเสริมนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการตัดของเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้สามารถตัดแผ่นเหล็กคาร์บอนที่หนาขึ้นกว่าที่จะเป็นไปได้ในระดับกำลังไฟเดียวกัน

ข้อแลกเปลี่ยนมีดังนี้:

• ข้อดี: ความเร็วในการตัดสูง ความสามารถในการเจาะลึกได้ดีบนแผ่นหนา ต้องการกำลังเลเซอร์ต่ำ และการใช้ก๊าซอย่างประหยัด
• ข้อจำกัด: สร้างขอบตัดที่ถูกออกซิไดซ์ (มืดคล้ำ) ซึ่งอาจจำเป็นต้องขัดลบก่อนการเชื่อมหรือทาสี
• การประยุกต์ใช้งานที่เหมาะสมที่สุด: เหล็กโครงสร้าง แผ่นเหล็กคาร์บอนตั้งแต่ 6 มม. ขึ้นไป การผลิตจำนวนมากที่เน้นความเร็วมากกว่าคุณภาพผิวขอบ

ความบริสุทธิ์ของออกซิเจนมีความสำคัญอย่างมาก ตามความเห็นของผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม คุณภาพของการตัดจะลดลงอย่างมากเมื่อความบริสุทธิ์ต่ำกว่า 99.7% — คุณแทบจะหยุดการตัดได้เลย การตั้งค่าแรงดันทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 28 PSI หรือต่ำกว่า อัตราการไหลต่ำกว่า 60 ลูกบาศก์ฟุตต่อชั่วโมง ออกซิเจนที่มากเกินไปจะทำให้เกิดปฏิกิริยาเอกซอธอร์มิกที่กว้างเกินไป ส่งผลให้ขอบตัดขรุขระและไม่สม่ำเสมอ

ไนโตรเจนเพื่อให้ได้ขอบที่ปราศจากออกไซด์

ต้องการชิ้นส่วนที่พร้อมสำหรับการเชื่อมหรือพ่นสี โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการรองหรือไม่? ไนโตรเจนคือคำตอบของคุณ เนื่องจากเป็นก๊าซเฉื่อย ไนโตรเจนจึงป้องกันการเกิดออกซิเดชันได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้ได้ขอบที่สว่างและสะอาด โดยไม่จำเป็นต้องทำการบำบัดหลังการตัด

กลไกการตัดแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากการตัดด้วยออกซิเจน แทนที่จะเผาไหม้วัสดุ ไนโตรเจนจะทำหน้าที่ปกป้องเหล็กหลอมเหลวจากการสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ ในขณะที่แรงดันสูงจะพัดเอาโลหะหลอมเหลวออกไปจากแนวตัด ตามรายงานของ FINCM สิ่งนี้ส่งผลให้ได้ "ขอบเรียบ สดใส โดยไม่มีการเปลี่ยนสี"

การตัดด้วยไนโตรเจนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับ:

• เหล็กไม่ржаมี ป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโครเมียม ซึ่งจะทำให้ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนลดลง
• อลูมิเนียม: สร้างขอบที่เรียบร้อยสะอาด โดยไม่มีชั้นออกไซด์ที่รบกวนกระบวนการเชื่อม (หมายเหตุ: แม้ส่วนนี้จะเน้นเหล็กกล้า หลักการเดียวกันนี้ก็ใช้ได้กับอลูมิเนียมที่ต้องการตัดด้วยเลเซอร์เพื่อให้ได้ขอบที่สมบูรณ์แบบ)
• ชิ้นส่วนที่มองเห็นได้: องค์ประกอบทางสถาปัตยกรรม ชิ้นส่วนตกแต่ง หรือแอปพลิเคชันใดๆ ที่รูปลักษณ์มีความสำคัญ
• เหล็กที่ผ่านการพ่นสีหรือเคลือบล่วงหน้า: ลดความเสียหายที่ขอบ ซึ่งอาจทำให้ชั้นป้องกันเสื่อมสภาพ

ต้นทุนมีบทบาทสำคัญ การตัดด้วยไนโตรเจนต้องใช้แรงดันสูง (มักอยู่ที่ 150-300 PSI) และอัตราการไหลสูง ทำให้ใช้ก๊าซมากกว่าการตัดด้วยออกซิเจนอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับสแตนเลสสตีลหนา ต้นทุนก๊าซไนโตรเจนอาจคิดเป็นสัดส่วนที่มากพอสมควรต่อต้นทุนการผลิตต่อชิ้น อย่างไรก็ตาม การตัดด้วยไนโตรเจนสามารถช่วยตัดขั้นตอนการตกแต่งขอบเพิ่มเติมออกไป จึงมักเป็นทางเลือกที่ประหยัดกว่าเมื่อพิจารณาต้นทุนการผลิตรวมทั้งหมด

อากาศอัดในฐานะทางเลือกที่คุ้มค่า

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณสามารถใช้ประโยชน์จากไนโตรเจนได้เกือบทั้งหมดในราคาเพียงเศษเสี้ยว? อากาศอัด—ซึ่งมีไนโตรเจนประมาณ 78% และออกซิเจน 21%—ให้ทางเลือกที่เหมาะสมเช่นนี้สำหรับการประยุกต์ใช้งานบางประเภท

ตามการวิเคราะห์ด้านเทคนิคของโบดอร์ อากาศอัดทำงานได้ดีกับแผ่นอลูมิเนียม เหล็กชุบสังกะสี และวัสดุที่มีความหนาตั้งแต่บางถึงปานกลาง โดยที่ข้อกำหนดด้านคุณภาพขอบไม่เข้มงวดมากนัก ส่วนประกอบของออกซิเจนเล็กน้อยนั้นกลับเป็นประโยชน์ต่อการตัดอลูมิเนียม เพราะให้ "แรงเสริมพิเศษเล็กน้อย" ที่ช่วยปรับปรุงรูปลักษณ์ของขอบ

ในแง่เศรษฐกิจ ข้อได้เปรียบน่าสนใจ: อากาศสามารถผลิตได้เองในสถานที่โดยใช้เครื่องอัดอากาศมาตรฐาน ทำให้ไม่ต้องซื้อถังก๊าซ ไม่ต้องจัดพื้นที่จัดเก็บ และไม่ต้องบริหารจัดการด้านการขนส่ง สำหรับกระบวนการตัดที่ใช้วัสดุบางเป็นหลัก และไม่ต้องการรูปลักษณ์ขอบที่สมบูรณ์แบบ การใช้อากาศอัดช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานลงอย่างมาก

อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัดอยู่บ้าง เนื้อออกซิเจนสามารถทำให้เกิดการออกซิเดชันที่ขอบบางส่วนได้ — ไม่รุนแรงเท่ากับการตัดด้วยออกซิเจนบริสุทธิ์ แต่สังเกตเห็นได้เมื่อเปรียบเทียบกับไนโตรเจน นอกจากนี้ อากาศยังต้องใช้ความดันสูงและอัตราการไหลสูงเพื่อตัดอย่างสะอาด ซึ่งหมายความว่าเครื่องอัดอากาศทั่วไปในโรงงานอาจไม่สามารถจ่ายปริมาณที่เพียงพอได้ ตามแหล่งข้อมูลในอุตสาหกรรม การลงทุนครั้งแรกสำหรับอุปกรณ์พิเศษเตรียมอากาศอาจมีค่าใช้จ่ายสูง

ประเภทก๊าซ	เหมาะที่สุดสำหรับงานประเภท	คุณภาพของรอยตัด	ผลกระทบต่อความเร็วในการตัด	การพิจารณาค่าใช้จ่าย
ออกซิเจน (O₂)	เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กโครงสร้าง แผ่นหนา (6 มม. ขึ้นไป)	ขอบที่ถูกออกซิไดซ์หรือคล้ำ; อาจต้องผ่านกระบวนการต่อเนื่อง	เร็วที่สุดบนเหล็กกล้าคาร์บอน เนื่องจากปฏิกิริยาเอกโซเธอร์มิก	การใช้ก๊าซต่ำ; ต้นทุนต่อการตัดต่ำ
ไนโตรเจน (N₂)	สแตนเลส เชิงคุณภาพ ชิ้นส่วนที่มองเห็นได้	ผิวเรียบสดใส ปราศจากออกไซด์ พร้อมสำหรับการเชื่อม	ช้าลงบนแผ่นหนา; แข่งขันได้ดีบนวัสดุบาง	การใช้ก๊าซสูง; ต้นทุนต่อการตัดสูงกว่า; ไม่จำเป็นต้องทำผิวเสริมเติม
อากาศอัด	อลูมิเนียม เหล็กชุบสังกะสี แผ่นบางถึงปานกลาง	ปานกลาง; อาจเกิดการออกซิเดชันได้บางส่วน	ดีสำหรับวัสดุบาง; ไม่เหมาะสำหรับชิ้นงานที่หนา	ต้นทุนการดำเนินงานต่ำที่สุด; สามารถผลิตก๊าซได้ในสถานที่

การตั้งค่าแรงดันและความเหมาะสมของหัวพ่น

การเลือกก๊าซที่เหมาะสมเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของสมการ — การจัดส่งอย่างถูกต้องจึงจะทำให้สมบูรณ์ ตามรายงานของ การวิเคราะห์อย่างละเอียดจาก The Fabricator ปัญหาเกี่ยวกับก๊าซช่วยในการตัดเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้คุณภาพของการตัดลดลง แต่ผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากกลับมองข้ามปัญหานี้ไปโดยสิ้นเชิง

แรงดันและอัตราการไหลทำงานร่วมกันแต่มีจุดประสงค์ต่างกัน แรงดันทำหน้าที่สร้างแรงดันที่ใช้ขจัดวัสดุที่หลอมเหลวออกจากแนวตัด ในขณะที่อัตราการไหลทำให้มั่นใจได้ว่ามีปริมาณก๊าซเพียงพอที่เข้าถึงเขตการตัด การเพิ่มแรงดันเพียงอย่างเดียวจะไม่สามารถแก้ปัญหาได้ หากระบบจัดส่งของคุณก่อให้เกิดการจำกัดการไหล

เส้นผ่านศูนย์กลางหัวพ่นมีผลอย่างมากต่อทั้งสองพารามิเตอร์ ข้อมูลสำคัญคือ เมื่อเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางหัวพ่นเพียงแค่ครึ่งมิลลิเมตร จะทำให้อัตราการไหลของก๊าซเพิ่มขึ้นเกือบเท่าตัว ตัวอย่างเช่น หัวพ่นขนาด 2.5 มม. อาจต้องใช้ก๊าซประมาณ 2,000 ลูกบาศก์ฟุตต่อชั่วโมง ขณะที่หัวพ่นขนาด 3.0 มม. ต้องการก๊าซประมาณ 3,500 ลูกบาศก์ฟุตต่อชั่วโมง ความสัมพันธ์นี้มักทำให้ผู้ปฏิบัติงานหลายคนประหลาดใจ เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางหัวพ่นถูกยกกำลังสองในการคำนวณอัตราการไหล ทำให้การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยส่งผลอย่างมาก

สำหรับการใช้งานไฟเบอร์เลเซอร์ที่มีความกว้างรอยตัด (kerf width) แคบโดยทั่วไป หัวพ่นขนาดใหญ่มักให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าที่คาดไว้ หลักฟิสิกส์เกี่ยวข้องกับแรงเสียดทานระหว่างก๊าซช่วยตัดที่เคลื่อนที่เร็วและอากาศนิ่งรอบๆ ขอบของลำก๊าซ ในลำก๊าซที่แคบ ความปั่นป่วนนี้สามารถแผ่เข้าสู่รอยตัดและทำให้เกิดรอยตัดหยาบ แต่ลำก๊าซที่กว้างจะช่วยเก็บโซนที่ปั่นป่วนไว้ห่างจากบริเวณตัด ทำให้ลำก๊าซตรงกลางสามารถเข้าสู่รอยตัดได้อย่างไม่ขัดข้อง

แนวทางด้านแรงดันในทางปฏิบัติแตกต่างกันไปตามการใช้งาน:

• การตัดเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำด้วยออกซิเจน: 10-28 PSI, อัตราการไหลต่ำกว่า 60 SCFH
• การตัดสแตนเลสด้วยไนโตรเจน: 150-300 PSI, อัตราการไหลสูงที่ปรับตามความหนาของวัสดุ
• อากาศอัด: คล้ายกับข้อกำหนดของไนโตรเจน; ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากำลังการผลิตของคอมเพรสเซอร์เพียงพอต่อความต้องการ

เมื่อตรวจสอบปัญหาคุณภาพขอบ ควรพิจารณาเส้นทางการจ่ายก๊าซทั้งระบบ ตั้งแต่ถังหรือคอมเพรสเซอร์ผ่านท่อน้ำ ตัวควบคุมแรงดัน และข้อต่อจนถึงหัวพ่น ก๊าซ จุดต่อแต่ละจุด โดยเฉพาะบริเวณที่เส้นผ่านศูนย์กลางท่อเปลี่ยนแปลง อาจก่อให้เกิดการจำกัดการไหล ทำให้โซนตัดไม่ได้รับปริมาณก๊าซเพียงพอ ผู้ปฏิบัติงานมักจะเพิ่มแรงดันเพื่อชดเชย แต่การแก้ไขปัญหาการจำกัดการไหลที่แท้จริงจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า

ด้วยการเลือกและจัดส่งก๊าซช่วยที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม คุณได้จัดการตัวแปรกระบวนการหลักไปแล้ว แต่แล้วชิ้นส่วนเองล่ะ? การออกแบบองค์ประกอบโดยเฉพาะสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์—การเข้าใจขนาดของรายละเอียดขั้นต่ำ ปัจจัยด้านความร้อน และการใช้วัสดุอย่างมีประสิทธิภาพ—สามารถสร้างความแตกต่างระหว่างชิ้นส่วนที่ตัดออกมาได้อย่างไร้ที่ติ กับการออกแบบที่ขัดขวางกระบวนการในทุกขั้นตอน

แนวทางการออกแบบชิ้นส่วนเหล็กที่ตัดด้วยเลเซอร์

คุณได้ปรับพารามิเตอร์ของเลเซอร์ให้เหมาะสมแล้ว และเลือกก๊าซช่วยที่สมบูรณ์แบบ แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากการออกแบบชิ้นส่วนของคุณขัดกับกระบวนการ? แม้เครื่องจักรขั้นสูงที่สุดสำหรับตัดโลหะก็ไม่อาจเอาชนะข้อจำกัดพื้นฐานของการออกแบบได้ ความจริงก็คือ ชิ้นส่วนที่ตัดด้วยเลเซอร์ซึ่งดูดีในซอฟต์แวร์ CAD มักไม่แปลงเป็นชิ้นส่วนจริงที่ไร้ที่ติเสมอไป การเข้าใจข้อจำกัดในการออกแบบก่อนเริ่มตัด จะช่วยประหยัดวัสดุ เวลา และลดความยุ่งยาก

ลองคิดดูอีกมุมหนึ่ง: เครื่องตัดโลหะแบบเฉือนจะทำงานตามเส้นทางที่ถูกโปรแกรมไว้อย่างแม่นยำสูง แต่กฎของฟิสิกส์ก็ยังคงมีผลอยู่ เช่น ความร้อนแผ่กระจาย โครงสร้างบางๆ เบี้ยวโค้ง และรูขนาดเล็กอาจปิดสนิทได้เนื่องจากการขยายตัวจากความร้อน มาดูกันว่ากฏการออกแบบใดบ้างที่จะช่วยให้แผ่นโลหะที่ตัดด้วยเลเซอร์ออกมาตรงตามที่คุณต้องการ

ขนาดของรายละเอียดขั้นต่ำที่สามารถตัดได้อย่างคมชัด

เมื่อออกแบบงานตัดแผ่นโลหะ ขนาดของรายละเอียดต่างๆ เมื่อเทียบกับความหนาของวัสดุ จะเป็นตัวกำหนดความสำเร็จหรือล้มเหลว ตามคู่มือการออกแบบของ Komacut การใช้วัสดุที่มีความหนามาตรฐานเป็นหนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ—เครื่องตัดเลเซอร์ได้รับการปรับเทียบให้เหมาะกับขนาดเหล่านี้ ทำให้มีต้นทุนต่ำกว่าและหาซื้อได้ง่าย

หลักการพื้นฐานคือ: เส้นผ่านศูนย์กลางรูขั้นต่ำควรเท่ากับหรือมากกว่าความหนาของวัสดุ แผ่นเหล็กหนา 3 มม. สามารถผลิตรูขนาด 3 มม. ได้อย่างเชื่อถือได้ แต่หากพยายามเจาะรูขนาด 2 มม. อาจเสี่ยงต่อการตัดไม่สมบูรณ์ ขอบหลอมติดกัน หรือรูปร่างบิดเบี้ยว สำหรับวัสดุที่บางกว่า 1 มม. บางครั้งอาจลดอัตราส่วนนี้ลงเล็กน้อยได้ แต่จำเป็นต้องมีการทดสอบเสมอ

• เส้นผ่านศูนย์กลางรูต่ำสุด: เท่ากับหรือมากกว่าความหนาของวัสดุ (อัตราส่วนขั้นต่ำ 1:1)
• ระยะห่างจากหลุมถึงขอบ: อย่างน้อยสองเท่าของความหนาแผ่น เพื่อป้องกันการฉีกขาดที่ขอบระหว่างการตัดหรือกระบวนการขึ้นรูปต่อเนื่อง
• ระยะห่างระหว่างลักษณะต่างๆ: ตาม MakerVerse , ระยะห่างระหว่างรูปทรงที่ตัดควรมีอย่างน้อยสองเท่าของความหนาแผ่น เพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยว
• ความกว้างสล็อตขั้นต่ำ: เท่ากับความหนาของวัสดุ; ช่องแคบที่แคบเกินไปมีความเสี่ยงต่อการเชื่อมด้วยความร้อนระหว่างการตัด
• รัศมีมุม: มุมภายในที่แหลมจะทำให้เกิดความเครียดสะสม—ควรเว้นรัศมีขั้นต่ำ 0.5 มม. สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้าง
• ความกว้างแท็บและไมโครจอยต์: โดยทั่วไปอยู่ที่ 0.3-1.0 มม. ขึ้นอยู่กับวัสดุ; หากบางเกินไป ชิ้นส่วนอาจหลุดออกมาเร็วเกินไป แต่หากหนาเกินไป การแยกออกจะทำได้ยาก

เหตุใดกฎเหล่านี้ถึงมีความสำคัญ? ในระหว่างการตัดแผ่นโลหะด้วยเลเซอร์ ความกว้างของรอยตัด (kerf width) โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 0.1 มม. ถึง 1.0 มม. ขึ้นอยู่กับวัสดุและพารามิเตอร์ ฟีเจอร์ที่มีขนาดเล็กกว่านี้ไม่สามารถสร้างรูปทรงได้อย่างเหมาะสม—ลำแสงจะลบเนื้อโลหะออกไปมากกว่าปริมาณที่ฟีเจอร์นั้นมี แม้แต่ฟีเจอร์ที่ใหญ่กว่าเพียงเล็กน้อยก็อาจเกิดการบิดเบี้ยวจากความร้อน เนื่องจากความร้อนจะสะสมอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็ก

การออกแบบเพื่อความเสถียรทางความร้อน

ความร้อนคือทั้งเครื่องมือและศัตรูในการประมวลผลด้วยเลเซอร์ ตามข้อมูลจาก การวิเคราะห์เชิงเทคนิคของ SendCutSend โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (heat-affected zone: HAZ) คือ "ส่วนของโลหะใกล้แนวตัดที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจากความร้อนสูง โดยที่ไม่ได้หลอมละลายอย่างสมบูรณ์" ลักษณะเฉพาะรวมถึงการเปลี่ยนสีเป็นแบบรุ้ง การเพิ่มขึ้นของความแข็งและความเปราะบาง รวมถึงรอยแตกจุลภาคที่อาจขยายตัวภายใต้แรงกด

สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำ ส่งผลให้เกิดโซนที่มีความแข็งแรงไม่แน่นอน HAZ เปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคอย่างถาวรเมื่อโลหะเกินอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง และการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ยังคงอยู่หลังจากเย็นตัวลง ซึ่งมีความสำคัญโดยเฉพาะกับ:

• ชิ้นส่วนอากาศยานและโครงสร้าง: HAZ ในพื้นที่สำคัญมีความเชื่อมโยงกับความล้มเหลวระหว่างการบิน
• ชิ้นส่วนที่ต้องการการเชื่อมต่อในขั้นตอนถัดไป: โครงสร้างจุลภาคที่เปลี่ยนไปส่งผลต่อคุณภาพของการเชื่อมและความแข็งแรงของข้อต่อ
• ชุดประกอบเครื่องกลแบบแม่นยำ: ขอบที่ผ่านการอบแข็งอาจแตกร้าวระหว่างกระบวนการดัด
• อุปกรณ์ตกแต่ง: คราบสีที่เกิดขึ้นจำเป็นต้องทำการตกแต่งเพิ่มเติมเพื่อกำจัดออก

การลดการบิดเบี้ยวในวัสดุบางต้องอาศัยการคิดเชิงกลยุทธ์ เมื่อทำงานกับเหล็กที่มีความหนาน้อยกว่า 2 มม. การสะสมความร้อนจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีมวลน้อยในการดูดซับพลังงานความร้อน พิจารณาแนวทางต่อไปนี้:

• กระจายการตัดทั่วแผ่น: แทนที่จะตัดคุณลักษณะทั้งหมดในพื้นที่เดียวก่อนแล้วจึงเคลื่อนไปยังตำแหน่งอื่น ควรตั้งโปรแกรมลำดับการตัดให้กระจายความร้อนไปทั่วทั้งชิ้นงาน
• เพิ่มแท็บเสริม (sacrificial tabs): ข้อต่อเล็กๆ ที่เชื่อมกับโครงร่างโดยรอบจะช่วยยึดชิ้นส่วนให้อยู่ในแนวราบขณะทำการตัด เพื่อป้องกันการบิดงอจากแรงดันความร้อน
• หลีกเลี่ยงรูปทรงเรขาคณิตที่ยาวและแคบ: แถบบางๆ ที่ขนานกับแนวตัดจะสะสมความร้อนและเกิดการบิดเบี้ยว ควรขยายพื้นที่เหล่านี้ให้กว้างขึ้นเท่าที่เป็นไปได้
• พิจารณาทิศทางการตัด: ตามการวิจัยในอุตสาหกรรม การเริ่มตัดจากตรงกลางแผ่นแล้วค่อยๆ ทำงานออกไปด้านนอกจะช่วยจัดการการกระจายความร้อนได้ดีขึ้น

คำแนะนำในการออกแบบ: การใช้รัศมีและความโค้งที่สม่ำเสมอจะช่วยลดต้นทุนการผลิตอย่างมาก การระบุข้อกำหนดที่ไม่สม่ำเสมอกันหมายถึงต้องจัดตำแหน่งใหม่มากขึ้น และทำให้เวลาแต่ละรอบยาวนานขึ้น

ประสิทธิภาพการจัดเรียงและการใช้วัสดุ

การออกแบบอย่างชาญฉลาดไม่ได้มีเพียงแค่ชิ้นส่วนเดี่ยวๆ เท่านั้น แต่รวมถึงวิธีที่ชิ้นส่วนเหล่านั้นวางเรียงกันบนแผ่นวัสดุด้วย ต้นทุนวัสดุมักเป็นค่าใช้จ่ายที่ใหญ่ที่สุดในโครงการตัดด้วยเลเซอร์ ทำให้ประสิทธิภาพในการจัดเรียงกลายเป็นปัจจัยทางเศรษฐกิจที่สำคัญ

การจัดเรียงที่มีประสิทธิภาพเริ่มต้นตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบ ชิ้นส่วนที่มีรูปทรงเรขาคณิตเข้ากันได้—เช่น พื้นที่เว้าของชิ้นหนึ่งสามารถวางซ้อนกับขอบนูนของอีกชิ้นหนึ่ง—จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุอย่างมาก ตามข้อมูลจาก Komacut การเลือกใช้เหล็กหนา 3 มม. แทนความหนาแบบพิเศษ 3.2 มม. จะช่วยหลีกเลี่ยงปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำที่อาจต้องสั่งเป็นสิบหรือเป็นร้อยแผ่น ลดเวลาล่าช้าหลายสัปดาห์ และหลีกเลี่ยงราคาที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

• ออกแบบชิ้นส่วนให้มีขอบร่วมกันเท่าที่เป็นไปได้: เส้นตัดร่วมกันช่วยลดทั้งเวลาในการตัดและของเสียจากวัสดุ
• พิจารณาทิศทางของเม็ดผลึก: สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องดัดงอในขั้นตอนถัดไป ควรจัดทิศทางการออกแบบโดยคำนึงถึงแนวเสี้ยวของวัสดุ
• เว้นระยะสำหรับเคิร์ฟ (kerf) ในบริเวณที่จัดเรียงแน่น: จำไว้ว่าทุกครั้งที่ตัด เส้นตัดจะทำให้วัสดุหายไปประมาณ 0.1-1.0 มม.
• จัดกลุ่มชิ้นส่วนที่มีความหนาใกล้เคียงกัน: การผลิตชิ้นส่วนทั้งหมดที่หนา 3 มม. ก่อนเปลี่ยนไปใช้วัสดุหนา 5 มม. จะช่วยลดเวลาที่ใช้ในการเตรียมเครื่องจักร

ความสัมพันธ์ระหว่างการตัดสินใจด้านการออกแบบกับกระบวนการขั้นตอนถัดไปมีความสำคัญเช่นกัน ชิ้นส่วนที่ตัดด้วยเลเซอร์ของคุณจำเป็นต้องมีการดัด บัดกรี หรือการตกแต่งผิวเพิ่มเติมหลังจากนั้นหรือไม่? หากเจาะรูใกล้กับขอบมากเกินไป Makerverse ระบุว่า "โอกาสที่รูจะฉีกขาดหรือเสียรูปทรงจะสูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากชิ้นส่วนนั้นต้องผ่านกระบวนการขึ้นรูปในภายหลัง" การออกแบบโดยคำนึงถึงกระบวนการทำงานในการผลิตทั้งหมดตั้งแต่วัตถุดิบเหล็กจนถึงชิ้นส่วนสำเร็จรูป จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าแต่ละขั้นตอนดำเนินไปได้อย่างราบรื่นโดยไม่กระทบต่อขั้นตอนถัดไป

เมื่อการออกแบบที่รอบคอบวางรากฐานไว้อย่างมั่นคง ความท้าทายขั้นต่อไปคือการได้คุณภาพของขอบที่เหนือกว่าอย่างสม่ำเสมอในทุกชิ้นส่วน การเข้าใจสิ่งที่มีผลต่อขอบที่ตัดได้ และวิธีแก้ไขปัญหาทั่วไป จะเปลี่ยนผลลัพธ์ที่ดีให้กลายเป็นสิ่งที่ยอดเยี่ยม

การได้คุณภาพของขอบที่เหนือกว่าในการตัดเหล็ก

คุณได้ปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม เลือกแก๊สช่วยตัดที่ถูกต้อง และออกแบบชิ้นส่วนให้สอดคล้องกับข้อจำกัดของการตัดด้วยเลเซอร์แล้ว—แต่ทำไมยังคงพบปัญหาขอบหยาบ คราบสะเก็ดเหล็ก (dross) ที่กำจัดยาก หรือพื้นผิวเปลี่ยนสี? ปัญหาคุณภาพของขอบตัดมักสร้างความหงุดหงิดแม้กระทั่งผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์ แต่ทางแก้มักซ่อนอยู่ในรายละเอียดที่หลายคนมองข้าม การเข้าใจสาเหตุที่แท้จริงของข้อบกพร่องเหล่านี้ และวิธีการกำจัดอย่างเป็นระบบ จะทำให้ผลงานของคุณก้าวพ้นจากผลลัพธ์ระดับปานกลางไปสู่งานที่มีคุณภาพอย่างแท้จริง

ตาม คู่มือการควบคุมคุณภาพของ DXTech , การตรวจสอบและประเมินคุณภาพการตัดด้วยเลเซอร์คือก้าวแรกที่จำเป็นในการพัฒนา ลองมาสำรวจปัจจัยเฉพาะเจาะจงที่กำหนดว่าเครื่องตัดโลหะด้วยเลเซอร์ของคุณจะผลิตชิ้นงานที่มีขอบเรียบสมบูรณ์ หรือต้องผ่านกระบวนการตกแต่งเพิ่มเติมจำนวนมาก

การกำจัดคราบสะเก็ดเหล็ก (Dross) และเสี้ยน (Burr)

สแล็กคืออะไรกันแน่? มันคือโลหะหลอมเหลวที่กลับมาแข็งตัวและยึดติดอยู่กับขอบด้านล่างของการตัด — และเป็นหนึ่งในปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในการดำเนินงานตัดโลหะด้วยเลเซอร์ เมื่อคุณเห็นหยดขนาดเล็กเหล่านี้เกาะอยู่ใต้ชิ้นงาน หมายความว่ามีบางอย่างในกระบวนการของคุณที่จำเป็นต้องปรับแต่ง

สแล็กเกิดขึ้นเมื่อเหล็กในสถานะหลอมเหลวไม่ถูกพ่นออกไปอย่างสมบูรณ์จากช่องตัด ก่อนที่จะกลับมาแข็งตัว อีกทั้งตามข้อมูลจาก การวิเคราะห์ข้อบกพร่องของ Halden ระบุว่า ปัจจัยหลายประการที่มีส่วนทำให้เกิดปัญหานี้:

• แรงดันแก๊สช่วยเหลือไม่เพียงพอ: กระแสแก๊สขาดแรงดันที่จะพ่นวัสดุที่หลอมละลายออกไปให้หมดก่อนที่วัสดุจะเย็นตัว
• ความเร็วในการตัดสูงเกินไป: การเคลื่อนที่เร็วเกินไปทำให้วัสดุไม่สามารถถูกพ่นออกได้อย่างสมบูรณ์ ก่อนที่ลำแสงจะเลื่อนไปยังตำแหน่งถัดไป
• ตำแหน่งโฟกัสไม่ถูกต้อง: เมื่อโฟกัสอยู่สูงเกินไป พลังงานจะรวมตัวอยู่เหนือโซนการตัดที่เหมาะสม
• พลังงานเลเซอร์ต่ำ: การหลอมไม่สมบูรณ์ทำให้เกิดวัสดุที่มีความหนืดและต้านทานการถูกขับออก
• หัวพ่นเปื้อนหรือเสียหาย: การไหลของก๊าซที่ผิดปกติจะสร้างการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วน ซึ่งทำให้โลหะหลอมเหลวถูกกักไว้

เบอร์ร์ส (Burrs) เป็นปัญหาที่เกี่ยวข้องแต่มีลักษณะต่างกัน เบอร์ร์สคือขอบที่ขรุขระและยกขึ้นมา ซึ่งเกิดจากการที่ความเร็วและพลังงานในการตัดไม่สมดุล โดยทั่วไปจะเกิดเมื่อความเร็วต่ำเกินไปหรือพลังงานสูงเกินไป พลังงานส่วนเกินจะทำให้วัสดุร้อนเกินไป และโลหะหลอมเหลวไม่แยกออกจากขอบที่ถูกตัดอย่างสะอาด

การแก้ไขปัญหาเบอร์ร์สและดรอส (dross) จำเป็นต้องมีการตรวจสอบและวิเคราะห์ปัญหาอย่างเป็นระบบ นี่คือแนวทางปฏิบัติที่ได้จากงานวิจัยในอุตสาหกรรม:

• สำหรับเบอร์ร์สรูปหยดน้ำแบบปกติ: เพิ่มตำแหน่งโฟกัส ลดความเร็วในการตัด หรือเพิ่มกำลังเลเซอร์
• สำหรับเบอร์ร์สยาวไม่สม่ำเสมอที่มีการเปลี่ยนสีของพื้นผิว: เพิ่มความเร็วในการตัด ลดตำแหน่งโฟกัส เพิ่มแรงดันก๊าซ และปล่อยให้วัสดุเย็นตัวระหว่างการตัด
• สำหรับเบอร์ร์สที่เกิดขึ้นเฉพาะด้านเดียว: ตรวจสอบการจัดตำแหน่งหัวพ่น—ข้อบกพร่องแบบไม่สมมาตรนี้มักบ่งชี้ว่าหัวพ่นไม่อยู่ในแนวร่วมแกนเดียวกับลำแสงเลเซอร์
• สำหรับครีบที่อยู่ด้านล่างและยากต่อการกำจัด: ลดความเร็ว เพิ่มแรงดันก๊าซ ตรวจสอบความบริสุทธิ์ของก๊าซ และปรับตำแหน่งโฟกัสให้ต่ำลง

การจัดการโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน

การตัดด้วยเลเซอร์ทุกครั้งจะสร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ)—พื้นที่ที่อุณหภูมิของวัสดุเพิ่มสูงขึ้นจนเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุล โดยไม่ถึงขั้นหลอมเหลว ตามข้อมูลจาก DXTech โซนนี้หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการตัดด้วยความร้อน แต่ขนาดและความรุนแรงสามารถควบคุมได้

ทำไม HAZ จึงสำคัญ? โครงสร้างจุลภาคที่เปลี่ยนไปส่งผลต่อคุณสมบัติทางกล โลหะเหล็กในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะแข็งและเปราะมากขึ้น อาจเกิดรอยแตกภายใต้แรงดัน หรือระหว่างกระบวนการดัดงอในขั้นตอนถัดไป สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างหรือชิ้นส่วนที่ต้องเชื่อม การมี HAZ มากเกินไปจะทำให้ประสิทธิภาพและความปลอดภัยลดลง

การลดขนาดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจำเป็นต้องมีการปรับสมดุลหลายปัจจัย:

• ปรับอัตราส่วนพลังงานต่อความเร็วให้เหมาะสม: ใช้ความเร็วสูงขึ้นพร้อมกับพลังงานที่เพียงพอ เพื่อลดการสะสมความร้อน
• ใช้ก๊าซช่วยที่เหมาะสม: การตัดด้วยไนโตรเจนจะให้ความร้อนต่ำกว่าการตัดด้วยออกซิเจน เนื่องจากไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ปล่อยความร้อนออกมา
• เว้นช่วงให้มีการระบายความร้อนระหว่างการตัด: สำหรับชิ้นส่วนที่มีลักษณะซับซ้อนหลายจุด ควรหยุดพักการตัดเพื่อให้ความร้อนสะสมสามารถระบายออกได้
• พิจารณาใช้วิธีการตัดแบบพัลส์: สำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำ สภาวะเลเซอร์แบบพัลส์จะช่วยลดปริมาณความร้อนโดยรวมที่ป้อนเข้าไป

ความขรุขระของผิว—รอยขีดแนวตั้งที่มองเห็นได้บนขอบที่ถูกตัด—ยังเกี่ยวข้องกับการจัดการความร้อน รอยที่ลึกและชัดเจนบ่งบอกถึงการป้อนความร้อนมากเกินไป หรือสมดุลพารามิเตอร์ที่ไม่เหมาะสม ตามคำแนะนำของผู้เชี่ยวชาญด้านการควบคุมคุณภาพ รอยที่ตื้นและแทบมองไม่เห็น แสดงถึงเงื่อนไขการตัดที่เหมาะสมที่สุด

ข้อกำหนดเกี่ยวกับการยึดและการรองรับชิ้นงาน

นี่คือปัจจัยหนึ่งที่ผู้ปฏิบัติงานหลายคนมักมองข้าม: วิธีที่คุณรองรับแผ่นเหล็กในระหว่างการตัดมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของขอบที่ได้ โต๊ะตัดเลเซอร์สำหรับเหล็กที่เหมาะสมควรใช้การออกแบบแบบสลัด (slat) ซึ่งลดจุดสัมผัสให้น้อยที่สุด แต่ยังคงให้การรองรับที่มั่นคง

ทำไมการรองรับถึงสำคัญ? เมื่อชิ้นส่วนที่ตัดขาดการรองรับและขยับตำแหน่ง เส้นทางลำแสงเลเซอร์จะเปลี่ยนไปสัมพันธ์กับวัสดุ แม้เพียงการเคลื่อนไหวเล็กน้อยก็สามารถทำให้เกิดขอบที่ไม่สม่ำเสมอ การตัดไม่สมบูรณ์ หรือการชนกันระหว่างหัวตัดกับวัสดุที่ยกตัวขึ้น โต๊ะตัดด้วยเลเซอร์ที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ผ่านวิศวกรรมการออกแบบที่รอบคอบ

แนวคิดของโต๊ะตัดแบบสลัดทำงานโดยการรองรับแผ่นวัสดุบนครีบโลหะหรือสลัดที่จัดเรียงเป็นระยะๆ แทนที่จะใช้พื้นผิวทึบ ซึ่งการออกแบบนี้มีข้อดีหลายประการ:

• พื้นที่สัมผัสต่ำ ลดการสะท้อนกลับและป้องกันการสะสมความร้อนที่จุดรองรับ
• การระบายเศษวัสดุ ตะกรันและสะเก็ดวัสดุจะตกลงไปตามช่องว่างแทนที่จะสะสมอยู่ใต้ชิ้นงาน
• ความมั่นคงของชิ้นส่วน สลัดช่วยพยุงวัสดุในขณะที่ยังอนุญาตให้ก๊าซช่วยตัดและโลหะหลอมเหลวไหลออกไปด้านล่างได้
• ส่วนที่สามารถเปลี่ยนได้ สลัดที่สึกหรอหรือเสียหายสามารถเปลี่ยนเฉพาะจุดได้โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนโต๊ะทั้งหมด

สำหรับวัสดุบางที่มีแนวโน้มเกิดการบิดตัวจากความร้อน ควรพิจารณาใช้โต๊ะสูญญากาศหรือระบบยึดด้วยแม่เหล็ก ซึ่งช่วยรักษาแผ่นให้เรียบโดยไม่รบกวนกระบวนการตัด แผ่นหนาอาจต้องใช้แค่การยึดขอบ ในขณะที่เหล็กความหนาปานกลางจะได้รับประโยชน์จากระบบรองรับที่สมดุลตามแบบการออกแบบเครื่องตัดเลเซอร์

ปัญหาคุณภาพขอบที่พบบ่อยและวิธีแก้ไข

เมื่อตรวจสอบปัญหาคุณภาพการตัด ควรใช้การวินิจฉัยอย่างเป็นระบบแทนการปรับพารามิเตอร์แบบสุ่ม นี่คือคำแนะนำอย่างย่อตามแนวทางการแก้ปัญหาของอุตสาหกรรม:

ปัญหาคุณภาพขอบ	สาเหตุ ที่ น่า จะ เกิด ขึ้น	โซลูชัน
ผิวขรุขระพร้อมรอยขีดลึก	โฟกัสสูงเกินไป; ความดันก๊าซสูงเกินไป; ความเร็วช้าเกินไป	ลดตำแหน่งโฟกัส; ลดความดันก๊าซ; เพิ่มความเร็วในการตัด
ขอบสแตนเลสเปลี่ยนเป็นสีเหลืองหรือหมอง	ความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนไม่เพียงพอ; ก๊าซออกซิเจนปนเปื้อนในท่อนำก๊าซ	ตรวจสอบความบริสุทธิ์ของไนโตรเจน (อย่างน้อย 99.5%); ไล่ก๊าซในท่อ; เพิ่มเวลาดีเลย์
รอยไหม้บนพื้นผิว	ความร้อนสูงเกินไป; ความเร็วต่ำเกินไป; การระบายความร้อนด้วยก๊าซช่วยเหลือไม่เพียงพอ	เพิ่มความเร็ว; ลดกำลัง; ปรับอัตราการไหลของก๊าซให้เหมาะสมเพื่อการระบายความร้อน
รอยตัดไม่สมบูรณ์ (วัสดุไม่ถูกตัดขาด)	กำลังไฟต่ำเกินไป; ความเร็วสูงเกินไป; จุดโฟกัสต่ำเกินไป	เพิ่มกำลังไฟ; ลดความเร็ว; ปรับตำแหน่งโฟกัสให้สูงขึ้น
ร่องตัดกว้างและขอบหยาบ	กำลังไฟสูงเกินไป; หัวพ่นเสียหาย; จุดโฟกัสไม่ถูกต้อง	ลดกำลังไฟ; ตรวจสอบและเปลี่ยนหัวพ่น; ปรับเทียบจุดโฟกัสใหม่

โปรดจำไว้ว่าปัญหาคุณภาพขอบมักไม่ได้เกิดจากสาเหตุเดียว ตามคู่มือแก้ปัญหาของ DXTech ระบุว่า "การตัดด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่ลำแสงเลเซอร์ ก๊าซช่วยเหลือ และหัวพ่นทำงานร่วมกัน" เมื่อองค์ประกอบใดองค์ประกอบหนึ่งผิดพลาด การชดเชยด้วยองค์ประกอบอื่นจะทำให้เกิดเงื่อนไขที่ไม่เหมาะสมตามมาอย่างต่อเนื่อง แนวทางที่ดีที่สุดคือการแก้ไขที่ต้นเหตุ ไม่ใช่แค่อาการ

การบำรุงรักษาระดับปกติสามารถป้องกันปัญหาคุณภาพของขอบตัดได้หลายประการก่อนที่จะเกิดขึ้น ควรทำความสะอาดเลนส์ทุกสัปดาห์ ตรวจสอบหัวฉีดก่อนเริ่มกะงานทุกครั้ง ตรวจสอบความบริสุทธิ์และความดันของก๊าซ และตรวจสอบการปรับโฟกัสอย่างสม่ำเสมอ นิสัยเหล่านี้เมื่อรวมกับการเลือกพารามิเตอร์ที่เหมาะสมและการยึดชิ้นงานอย่างรอบคอบ จะช่วยให้มั่นใจว่าเครื่องตัดเลเซอร์ของคุณจะผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพยอดเยี่ยมอย่างต่อเนื่องในทุกการผลิต

เมื่อคุณเชี่ยวชาญด้านคุณภาพของขอบตัดแล้ว คุณก็พร้อมที่จะนำความสามารถเหล่านี้ไปใช้ในงานจริง ไม่ว่าจะเป็นชิ้นส่วนโครงถังรถยนต์หรือองค์ประกอบทางสถาปัตยกรรม การเข้าใจว่าวิธีการตัดแบบใดเหมาะกับข้อกำหนดการใช้งานสุดท้ายแต่ละประเภท จะเปลี่ยนความรู้ทางเทคนิคให้กลายเป็นความสำเร็จในการผลิตเชิงปฏิบัติ

การประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมตั้งแต่ยานยนต์ไปจนถึงสถาปัตยกรรม

คุณได้เข้าใจพื้นฐานทางเทคนิคแล้ว แต่การตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์นั้นแท้จริงแล้วมีผลกระทบมากที่สุดในด้านใด? คำตอบคือเกือบทุกอุตสาหกรรมที่ความแม่นยำ ความเร็ว และความยืดหยุ่นในการออกแบบมีความสำคัญ ตามรายงานการวิเคราะห์อุตสาหกรรมอย่างละเอียดของ Accurl เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ได้ "เปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมต่างๆ ด้วยความแม่นยำและประสิทธิภาพที่หลากหลาย" ตั้งแต่ชิ้นส่วนยานยนต์ที่สำคัญไปจนถึงองค์ประกอบสถาปัตยกรรมที่ซับซ้อน

การเข้าใจว่าแนวทางการตัดแบบใดเหมาะสมกับข้อกำหนดการใช้งานปลายทางเฉพาะเจาะจง จะช่วยให้คุณตัดสินใจได้อย่างชาญฉลาดยิ่งขึ้นเกี่ยวกับพารามิเตอร์ ค่าความคลาดเคลื่อน และกระบวนการรองต่างๆ มาสำรวจหมวดหมู่การใช้งานหลักและข้อกำหนดเฉพาะที่มีต่อกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์กัน

ชิ้นส่วนโครงสร้างและชิ้นส่วนรับน้ำหนัก

เมื่อชิ้นส่วนต้องรับแรงที่มีนัยสำคัญหรือทนต่อแรงเครียดแบบไดนามิก คุณภาพของการตัดจะส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัย เช่น โครงแชสซีรถยนต์ จุดยึดระบบกันสะเทือน และชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรงของโครงสร้าง ซึ่งถือเป็นหนึ่งในงานที่ต้องการความแม่นยำสูงสุดสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์อุตสาหกรรม

ทำไมเรื่องนี้ถึงสำคัญ? ตามการวิจัยในอุตสาหกรรม ภาคยานยนต์พึ่งพาการตัดด้วยเลเซอร์อย่างมาก เนื่องจาก "ทุกๆ มิลลิเมตรมีความหมาย" ในการผลิตรถยนต์ เครื่องตัดโลหะที่ใช้ผลิตชิ้นส่วนแชสซีจำเป็นต้องสามารถให้:

• ความแม่นยำของขนาดที่สม่ำเสมอ: จุดติดตั้งระบบกันสะเทือนต้องการค่าความคลาดเคลื่อนที่มักต่ำกว่า ±0.2 มม. เพื่อให้มั่นใจในความเหมาะสมของการจัดแนวและคุณสมบัติการควบคุมรถ
• ขอบที่สะอาดสำหรับการเชื่อม: ข้อต่อโครงสร้างต้องการพื้นผิวที่ปราศจากออกไซด์ — โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้การตัดด้วยไนโตรเจนสำหรับชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อม
• โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด: เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงที่ใช้ในโครงสร้างกันกระแทกยุคใหม่ อาจสูญเสียคุณสมบัติสำคัญได้ หากความเสียหายจากความร้อนเกินข้อกำหนด
• ความสามารถในการทำซ้ำได้อย่างแม่นยำในปริมาณมาก: การผลิตชิ้นส่วนจำนวนหลายพันหรือหลายล้านชิ้นต้องรักษามาตรฐานคุณภาพที่เหมือนกันตั้งแต่ชิ้นแรกจนถึงชิ้นสุดท้าย

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์อุตสาหกรรมได้กลายเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้สำหรับการประยุกต์ใช้งานเหล่านี้ เนื่องจากสามารถรวมความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องพอดีเป๊ะ เข้ากับความเร็วที่ต้องการสำหรับการผลิตจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม ชิ้นส่วนที่ตัดด้วยเลเซอร์แทบจะไม่ใช่ชิ้นส่วนสำเร็จรูปในงานด้านยานยนต์โดยตรง ตัวอย่างเช่น ขาแขวนโครงรถมักต้องผ่านกระบวนการแปรรูปเพิ่มเติม เช่น การดัด การตอก และการขึ้นรูป เพื่อให้ได้รูปทรงสามมิติสุดท้าย

นี่คือจุดที่ความสามารถในการผลิตแบบบูรณาการมีความสำคัญ ผู้ผลิตที่ต้องการทั้งการตัดด้วยเลเซอร์และการขึ้นรูปด้วยความแม่นยำ จะได้รับประโยชน์จากผู้จัดจำหน่ายที่ให้การสนับสนุน DFM อย่างครบวงจร ตัวอย่างเช่น Shaoyi (Ningbo) Metal Technology ให้บริการด้วยคุณภาพที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน IATF 16949 สำหรับชิ้นส่วนโครงรถ ระบบกันสะเทือน และชิ้นส่วนโครงสร้าง โดยรวมการผลิตต้นแบบอย่างรวดเร็วเข้ากับการผลิตจำนวนมากแบบอัตโนมัติ เพื่อให้ได้โซลูชันชิ้นส่วนที่สมบูรณ์

ข้อกำหนดความแม่นยำสำหรับชุดประกอบกลไก

นอกเหนือจากการใช้งานด้านโครงสร้าง การตัดด้วยเลเซอร์ในอุตสาหกรรมมีความโดดเด่นในงานที่ต้องการความแม่นยำสูงสำหรับชิ้นส่วนประกอบเชิงกลที่ต้องพอดีเป๊ะ เช่น ฟันเฟือง ขาแขวน แผ่นยึด และกล่องครอบ ซึ่งชิ้นส่วนเหล่านี้จำเป็นต้องเชื่อมต่อได้อย่างแม่นยำกับชิ้นส่วนอื่นๆ

อะไรทำให้การประกอบเชิงกลมีความเฉพาะตัว? ข้อกำหนดเรื่องค่าความคลาดเคลื่อนมักเข้มงวดกว่าที่ต้องการสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้าง เครื่องตัดโลหะที่ผลิตฝาครอบเกียร์หรือที่ยึดมอเตอร์จะต้องคำนึงถึง:

• การจัดตำแหน่งระหว่างลักษณะต่างๆ: รูและสล็อตจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ตรงตามค่าความคลาดเคลื่อนแคบ—มักอยู่ที่ ±0.1 มม. หรือดีกว่านั้นสำหรับกลไกความแม่นยำสูง
• ความตั้งฉากของขอบ: ชิ้นส่วนที่ต้องซ้อนหรือต่อกันจำเป็นต้องมีขอบที่ตั้งฉากกับพื้นผิว เพื่อลดการเอียงที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเมื่อตัดวัสดุหนา
• ข้อกำหนดพื้นผิวผ้าเรียบ: พื้นผิวที่รองรับหรือพื้นผิวปิดผนึกอาจต้องการขอบที่เรียบเนียนกว่าที่การตัดทั่วไปผลิตได้ จึงจำเป็นต้องปรับแต่งพารามิเตอร์หรือทำการตกแต่งเพิ่มเติม
• พิจารณาเรื่องการเลือกวัสดุ: ความต้านทานการสึกหรอ การป้องกันการกัดกร่อน และคุณสมบัติทางความร้อน มีผลต่อการเลือกเกรดเหล็กสำหรับการใช้งานเชิงกล

ตาม การวิเคราะห์การผลิตของ Vytek , การตัดด้วยเลเซอร์มีข้อได้เปรียบเหนือกว่าการตัดด้วยแม่พิมพ์สำหรับชิ้นส่วนเชิงกลในกรณีที่ "การออกแบบเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง หรือต้องการความเฉพาะตัวเป็นหลัก" ความยืดหยุ่นในการปรับเปลี่ยนแบบโดยไม่ต้องเปลี่ยนแม่พิมพ์ ทำให้การผลิตต้นแบบและผลิตจำนวนน้อยมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ

องค์ประกอบสถาปัตยกรรมตกแต่ง

ไม่ใช่ทุกการใช้งานที่ให้ความสำคัญกับความแข็งแรง—บางครั้งผลกระทบด้านภาพลักษณ์ถือเป็นสิ่งสำคัญที่สุด ผนังอาคาร หน้าจอตกแต่ง ป้ายบอกทาง และงานติดตั้งศิลปะ ใช้ความสามารถของเครื่องตัดโลหะเพื่อเหตุผลที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากชิ้นส่วนโครงสร้าง

การใช้งานด้านสถาปัตยกรรมต้องการ:

• การสร้างเรขาคณิตที่ซับซ้อน: ลวดลายที่ซับซ้อนพร้อมรายละเอียดที่ประณีต ซึ่งเป็นไปไม่ได้หรือมีต้นทุนสูงเกินไปหากใช้วิธีตัดเชิงกล
• ลักษณะขอบที่สม่ำเสมอ: ขอบที่มองเห็นได้ต้องมีคุณภาพสม่ำเสมอตลอดทั้งแผ่น — ความแตกต่างที่อาจยอมรับได้ในชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซ่อนอยู่ จะกลายเป็นที่ยอมรับไม่ได้ในการทำงานตกแต่ง
• ความหลากหลายของวัสดุ: เหล็กกล้าไร้สนิมเพื่อความต้านทานการกัดกร่อน เหล็กกล้าทนสภาพอากาศเพื่อให้เกิดพื้นผิวเคลือบตามต้องการ และพื้นผิวพิเศษต่าง ๆ ทั้งหมดต้องมีการปรับแต่งพารามิเตอร์ให้เหมาะสม
• ความยืดหยุ่นของสเกล ตั้งแต่แผงตกแต่งขนาดเล็กไปจนถึงผนังด้านหน้าขนาดเท่าอาคาร เครื่องตัดด้วยเลเซอร์สามารถขยายสเกลได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเครื่องมือ

ตาม ภาพรวมอุตสาหกรรมของ Accurl การตัดด้วยเลเซอร์ในงานก่อสร้าง "ให้ทั้งความแข็งแรงและเสน่ห์ด้านดีไซน์ ซึ่งเป็นที่ต้องการอย่างมากในสถาปัตยกรรมยุคใหม่" ความสามารถของเทคโนโลยีนี้ในการผลิตทั้งโครงสร้างเหล็กสำหรับงานโครงสร้างและชิ้นส่วนตกแต่งที่มีรายละเอียดสูงจากอุปกรณ์ชุดเดียวกัน ทำให้กระบวนการทำงานด้านการก่อสร้างมีความคล่องตัวมากขึ้น

การจับคู่วิธีการตัดให้เหมาะสมกับข้อกำหนดของการใช้งาน

คุณจะเลือกวิธีที่เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะเจาะจงของคุณได้อย่างไร? ตารางการตัดสินใจนี้เกี่ยวข้องกับการพิจารณาสมดุลหลายปัจจัย:

ประเภทการใช้งาน	เกรดเหล็กที่สำคัญ	ปัจจัยด้านคุณภาพที่สำคัญ	แนวทางที่แนะนำ
ยานยนต์เชิงโครงสร้าง	HSLA, เหล็ก DP, AHSS	การควบคุม HAZ, ขอบที่พร้อมสำหรับการเชื่อม, ความคลาดเคลื่อนที่แคบ	การตัดด้วยไนโตรเจน, ความเร็วปานกลาง, เน้นคุณภาพของขอบ
ชิ้นส่วนระบบกันสะเทือนขั้นสูง	เหล็กสปริง, เกรดไมโครอัลลอยด์	ความต้านทานการเหนี่ยวนำ, คุณสมบัติที่สม่ำเสมอ	พารามิเตอร์ที่ถูกปรับให้เหมาะสมเพื่อลดความเสียหายจากความร้อน
ชิ้นส่วนประกอบทางกล	เหล็กอ่อน, สแตนเลส 304/316	ความแม่นยำด้านมิติ, ความตั้งฉากของขอบ	ความเร็วต่ำกว่าสำหรับความละเอียด, การตกแต่งขั้นที่สองตามความจำเป็น
ตกแต่งสถาปัตยกรรม	สแตนเลส เหล็กกันสนิม เหล็กเคลือบ	ความสม่ำเสมอทางสายตา ความซับซ้อนของลวดลาย	การปรับพารามิเตอร์เพื่อให้ได้รูปลักษณ์ที่ดีกว่าความเร็ว
การผลิตในปริมาณมาก	หลากหลายตามการใช้งาน	อัตราการผลิต ความสม่ำเสมอ ประสิทธิภาพด้านต้นทุน	ความเร็วสูงสุดภายในข้อกำหนดด้านคุณภาพ

ความจริงก็คือผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจำนวนมากนั้นรวมกระบวนการผลิตหลายอย่างเข้าด้วยกัน เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ในอุตสาหกรรมนั้นเชี่ยวชาญในการผลิตชิ้นงานแบนและชิ้นส่วนรูปร่างต่าง ๆ แต่ชิ้นส่วนสามมิติที่ซับซ้อนมักจำเป็นต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติม เช่น การดัด การขึ้นรูป การตอก และการเชื่อม ซึ่งจะเปลี่ยนชิ้นงานที่ตัดด้วยเลเซอร์ให้กลายเป็นชิ้นส่วนสำเร็จรูป

สำหรับผู้ผลิตรถยนต์โดยเฉพาะ การรวมกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์เข้ากับการขึ้นรูปและแปรรูปอย่างแม่นยำ จะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพโดยรวมของห่วงโซ่อุปทาน การทำงานร่วมกับผู้จัดจำหน่ายที่มีศักยภาพครอบคลุม ตั้งแต่การทำต้นแบบอย่างรวดเร็วภายใน 5 วัน ไปจนถึงการผลิตจำนวนมากแบบอัตโนมัติ จะช่วยลดความซับซ้อนในการประสานงาน และเร่งระยะเวลาสู่ตลาด ซึ่งเวลาดำเนินการเสนอราคาภายใน 12 ชั่วโมงที่มีให้จากผู้ผลิตรวมรายเดียว เช่น เส้าอี้ แสดงให้เห็นว่าการดำเนินงานที่คล่องตัวช่วยสนับสนุนลูกค้าที่ต้องการความสามารถทั้งการตัดและการขึ้นรูปได้อย่างไร

ไม่ว่าการใช้งานของคุณต้องการความแข็งแรงของโครงสร้างสำหรับแชสซีรถยนต์ ความแม่นยำสำหรับชิ้นส่วนประกอบกลไก หรือความสมบูรณ์แบบด้านดีไซน์สำหรับงานติดตั้งทางสถาปัตยกรรม การตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์สามารถปรับให้ตอบสนองความต้องการที่หลากหลายเหล่านี้ได้ กุญแจสำคัญอยู่ที่การเข้าใจว่าความต้องการเฉพาะตัวของแต่ละงานใช้งานมีผลต่อการเลือกพารามิเตอร์ ข้อกำหนดด้านคุณภาพ และความต้องการในการประมวลผลขั้นตอนถัดไปอย่างไร — ความรู้นี้เองที่เปลี่ยนแผ่นเหล็กดิบให้กลายเป็นชิ้นส่วนสำเร็จรูปที่ไร้ที่ติผ่านกระบวนการทำงานที่ครบวงจรและได้รับการปรับให้เหมาะสม

กระบวนการทำงานครบวงจรจากแผ่นเหล็กดิบสู่ชิ้นส่วนสำเร็จรูป

คุณได้ศึกษาเทคโนโลยีเลเซอร์ พารามิเตอร์ และการประยุกต์ใช้งานมาแล้ว — แต่ทั้งหมดนี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างไรในกระบวนการผลิตจริง? เส้นทางจากแผ่นเหล็กดิบสู่ชิ้นส่วนสำเร็จรูปเกี่ยวข้องกับขั้นตอนอื่นๆ อีกมากกว่าเพียงแค่การตัดเท่านั้น ตามคำแนะนำกระบวนการอย่างละเอียดของ Xometry การตัดด้วยเลเซอร์ที่ประสบความสำเร็จจำเป็นต้องใช้ "ลำดับขั้นตอนที่ควบคุมอย่างแม่นยำ เพื่อเปลี่ยนแบบดิจิทัลให้กลายเป็นวัตถุจริง"

การเข้าใจกระบวนการทำงานทั้งหมดนี้จะช่วยให้คุณระบุจุดติดขัด ปรับปรุงประสิทธิภาพ และรับประกันคุณภาพในทุกขั้นตอน ไม่ว่าคุณจะดำเนินการเครื่องตัดโลหะด้วยเลเซอร์ภายในองค์กรหรือประสานงานกับผู้จัดจำหน่ายภายนอก ขั้นตอนเหล่านี้ยังคงมีความสอดคล้องกันอย่างพื้นฐาน

การเตรียมวัสดุก่อนประมวลผล

ก่อนที่เลเซอร์จะทำงานได้ จำเป็นต้องมีขั้นตอนการเตรียมการที่สำคัญหลายประการเพื่อกำหนดความสำเร็จหรือความล้มเหลว ตามรายงานของ การวิเคราะห์การผลิตของ Aerotech "กระบวนการแปรรูปวัสดุด้วยแสงเลเซอร์แบบแม่นยำทั้งหมดถูกทำให้อัตโนมัติและขับเคลื่อนด้วยระบบควบคุมการเคลื่อนไหวอันซับซ้อน" — แต่การทำงานอัตโนมัติจะใช้ได้ผลก็ต่อเมื่อข้อมูลนำเข้าได้รับการเตรียมไว้อย่างเหมาะสม

นี่คือลำดับขั้นตอนกระบวนการทำงานทั้งหมดสำหรับการตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์:

1. การตรวจสอบและยืนยันวัสดุ: ยืนยันว่าเกรดเหล็กสอดคล้องกับข้อกำหนด ตรวจสอบความสม่ำเสมอของความหนาทั่วแผ่น เฝ้าสังเกตการปนเปื้อนผิว สภาพสนิม หรือคราบออกไซด์จากกระบวนการกลิ้ง (mill scale) ที่มากเกินไป ซึ่งอาจรบกวนการตัด ตรวจสอบความเรียบของวัสดุ แผ่นที่โก่งจะทำให้จุดโฟกัสเปลี่ยนแปลง ส่งผลเสียต่อคุณภาพของการตัด
2. การตั้งโปรแกรมและการวางชิ้นงาน นำเข้าไฟล์ CAD ลงในซอฟต์แวร์เครื่องตัดเลเซอร์สำหรับโลหะแผ่น ตรวจสอบความถูกต้องของรูปทรงเรขาคณิต (เส้นเดี่ยวโดยไม่มีปัญหาสีหรือเลเยอร์) และจัดเรียงชิ้นงานบนแผ่นอย่างมีประสิทธิภาพ ตามคำแนะนำของ Xometry ควร "ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไฟล์ประกอบด้วยเส้นเดี่ยว โดยไม่มีปัญหาสีหรือเลเยอร์ที่อาจรบกวนซอฟต์แวร์เครื่องตัด" การวางชิ้นงานอย่างมีประสิทธิภาพจะช่วยเพิ่มการใช้วัสดุให้สูงสุด พร้อมพิจารณาความกว้างของรอยตัด (kerf width) และระยะห่างระหว่างชิ้นงานตามข้อกำหนด
3. การตั้งค่าเครื่องและตรวจสอบพารามิเตอร์ เลือกพารามิเตอร์การตัดที่เหมาะสมตามประเภทและความหนาของวัสดุ ซึ่งรวมถึงกำลังเลเซอร์ ความเร็วในการตัด ความยาวโฟกัส และการเลือกแก๊สช่วยตัด ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม "ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์การตัดด้วยเลเซอร์ เช่น กำลังเลเซอร์ ความเร็ว ความยาวโฟกัส แก๊สช่วยตัด เป็นต้น เหมาะสมกับโครงการและวัสดุของคุณ"
4. การตรวจสอบความปลอดภัยและการระบายอากาศ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบดูดและกรองทำงานอย่างถูกต้อง การตัดเหล็กจะสร้างไอและอนุภาคที่ต้องใช้การระบายอากาศอย่างเพียงพอ ขั้นตอนนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อประมวลผลเหล็กชุบสังกะสีหรือเหล็กเคลือบที่ปล่อยไอเพิ่มเติม
5. การตัดทดสอบและการปรับแต่ง ทำการตัดตัวอย่างบนวัสดุที่เหลือซึ่งมีลักษณะเหมือนวัสดุที่ใช้จริง ตามคำแนะนำของผู้เชี่ยวชาญด้านกระบวนการ "เริ่มต้นด้วยแนวทางของผู้ผลิตสำหรับระบบเลเซอร์เฉพาะรุ่นและวัสดุที่ต้องตัด การตัดทดสอบจะช่วยให้คุณเห็นว่าควรปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ใดบ้าง" อาจจำเป็นต้องทำหลายรอบสำหรับโครงการที่ซับซ้อน
6. การดำเนินการตัด: เมื่อพารามิเตอร์ได้รับการยืนยันแล้ว เครื่องตัดเลเซอร์แผ่นโลหะจะทำงานตามเส้นทางที่ถูกโปรแกรมไว้ เครื่องตัดด้วยเลเซอร์สำหรับโลหะ "ให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจนวัสดุระเหยไป" ในขณะที่ "ก๊าซช่วยเป่าไอและหยดน้ำที่เกิดขึ้นออกไป และช่วยระบายความร้อนในบริเวณที่ตัดเสร็จแล้ว" สำหรับงานขนาดใหญ่ เครื่องตัดเลเซอร์สำหรับแผ่นโลหะจะทำงานอย่างต่อเนื่อง โดยหยุดเพียงสั้นๆ เพื่อปรับตำแหน่งชิ้นงานใหม่ หรือทำความสะอาดหัวพ่น
7. การถอดและจัดการชิ้นส่วน: หลังจากกระบวนการตัดเสร็จสิ้น ควรรอให้ชิ้นส่วนเย็นตัวเพียงพอ ก่อนดำเนินการจัดการ ชิ้นส่วนที่ตัดอาจมีขอบคมและคราบร้อนตกค้าง ตามคำแนะนำของ Xometry ระบุว่า "หลายรายการอาจเกิดรอยขีดข่วนได้หากวางซ้อนกันโดยไม่มีการป้องกันระหว่างชั้น" — การจัดการเป็นพิเศษจะช่วยป้องกันความเสียหายต่อพื้นผิวที่ผ่านการผลิตแล้ว
8. การลบคมและตกแต่งขอบ: กำจัดสิ่งตกค้าง เช่น ดรอส (dross) คมพุ่ง หรือขอบที่แหลมคมที่เหลืออยู่ วิธีการมีตั้งแต่การขัดด้วยมือไปจนถึงอุปกรณ์ลบคมแบบอัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับปริมาณงานและความต้องการด้านคุณภาพ
9. การตรวจสอบคุณภาพ: ตรวจสอบความถูกต้องของมิติ คุณภาพของขอบ และสภาพผิวสัมผัสตามข้อกำหนด เอกสารผลลัพธ์เพื่อการติดตามย้อนกลับ โดยเฉพาะสำหรับการใช้งานที่ได้รับการรับรอง เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์หรืออากาศยาน

กระบวนการตกแต่งหลังการตัด

การตัดด้วยเลเซอร์แทบจะไม่ผลิตชิ้นส่วนที่เสร็จสมบูรณ์จริงๆ ตามแหล่งข้อมูลในอุตสาหกรรม "กระบวนการตกแต่งที่สำคัญอาจรวมถึง: การลบคม (deburring), การผ่อนแรงเครียด, การทำความสะอาดผิวด้วยวิธีเคมีหรือกลไก, การกัดกร่อน, การชุบโลหะ, การพ่นสี และการบรรจุภัณฑ์อย่างระมัดระวังเพื่อรักษาสภาพผิว"

กระบวนการต่อเนื่องที่พบมากที่สุด ได้แก่:

• การดัดและการขึ้นรูป แผ่นเปล่าที่ถูกตัดด้วยเลเซอร์แบบเรียบจะถูกแปลงเป็นชิ้นส่วนสามมิติผ่านกระบวนการดัดด้วยเครื่อง press brake หรือการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ ตำแหน่งของรู การตัดเว้นโค้งเพื่อลดแรงเฉือน และทิศทางของเสี้ยมวัสดุ ซึ่งทั้งหมดนี้ถูกกำหนดไว้ระหว่างกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ จะมีผลโดยตรงต่อความสำเร็จในการขึ้นรูป
• การเชื่อมและการประกอบ: ขอบที่ตัดด้วยไนโตรเจนซึ่งมีพื้นผิวปราศจากออกไซด์สามารถเชื่อมได้อย่างสะอาดโดยไม่ต้องเตรียมเพิ่มเติม ในขณะที่ขอบที่ตัดด้วยออกซิเจนอาจจำเป็นต้องขัดเพื่อลบคราบออกซิเดชันก่อนการเชื่อม
• การเคลือบผิว: การเคลือบผง การพ่นสี การชุบโลหะ หรือการออกซิเดชันแบบอนอโดไนซ์ ช่วยป้องกันชิ้นส่วนที่ผ่านกระบวนการแล้ว พื้นผิวขอบมีผลต่อการยึดเกาะและการมองเห็นของชั้นเคลือบ
• การบำบัดความร้อน: บางการใช้งานต้องการการลดแรงดันหรือการทำให้แข็งหลังจากการตัดและขึ้นรูป เพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกลในขั้นตอนสุดท้าย

การรวมการตัดด้วยเลเซอร์เข้ากับกระบวนการผลิตอย่างครบวงจร

สำหรับผู้ผลิตที่ผลิตชิ้นส่วนซับซ้อน โดยเฉพาะในงานด้านยานยนต์ เครื่องตัดเลเซอร์สำหรับแผ่นโลหะถือเป็นเพียงสถานีหนึ่งในกระบวนการผลิตที่ใหญ่กว่า ประสิทธิภาพที่แท้จริงเกิดจากการเชื่อมต่ออย่างไร้รอยต่อระหว่างขั้นตอนการตัด การขึ้นรูป และการตกแต่งผิว

พิจารณาชิ้นส่วนโครงรถโดยสารทั่วไป: เริ่มต้นจากแผ่นเหล็กแบน ถูกตัดด้วยเลเซอร์ตามรูปร่างที่กำหนด พร้อมรูยึดและร่องคลายแรงดัน จากนั้นส่งไปยังขั้นตอนการขึ้นรูปด้วยเครื่องตอกหรือเครื่องพับไฮดรอลิกเพื่อสร้างรูปทรงสามมิติ ตามด้วยการเชื่อมประกอบ และสุดท้ายคือการบำบัดผิวเพื่อป้องกันการกัดกร่อน

การเปลี่ยนผ่านระหว่างกระบวนการแต่ละขั้นตอนมีความเสี่ยงที่จะเกิดความล่าช้า ความเสี่ยงด้านคุณภาพ และความซับซ้อนในการประสานงาน ผู้ผลิตที่ต้องการทั้งการตัดด้วยเลเซอร์และการขึ้นรูปแบบความแม่นยำสูง มักพบว่าการร่วมงานกับผู้จัดหาบริการแบบครบวงจรสามารถลดจุดติดขัดเหล่านี้ได้ ตัวอย่างเช่น Shaoyi (Ningbo) Metal Technology ให้บริการสนับสนุน DFM อย่างครอบคลุม ตั้งแต่การออกแบบเริ่มต้นจนถึงการผลิตสมบูรณ์ พร้อมศักยภาพในการทำต้นแบบอย่างรวดเร็วภายใน 5 วัน เพื่อเร่งวงจรการพัฒนา และเสนอใบเสนอราคาภายใน 12 ชั่วโมง ช่วยให้โครงการดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง

เคล็ดลับเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงาน: คู่ค้าการผลิตแบบครบวงจรที่ดูแลหลายขั้นตอนกระบวนการ จะช่วยกำจัดความล่าช้าจากการส่งต่องาน และรับประกันมาตรฐานคุณภาพที่สม่ำเสมอตลอดทั้งลำดับการผลิตของคุณ

มุมมองภาพรวมของกระบวนการทั้งหมดยังช่วยเปิดเผยโอกาสในการปรับปรุงประสิทธิภาพที่มองไม่เห็นเมื่อมองการตัดด้วยเลเซอร์เพียงอย่างเดียว การเลือกวัสดุไม่เพียงแต่มีผลต่อพารามิเตอร์การตัดเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อความสามารถในการขึ้นรูปในขั้นตอนถัดไปด้วย ข้อกำหนดเกี่ยวกับคุณภาพผิวขอบควรสะท้อนความต้องการสำหรับการเชื่อมหรือเคลือบผิว โดยไม่ใช่มาตรฐานที่กำหนดขึ้นโดยพลการ นอกจากนี้ กลยุทธ์การจัดเรียงชิ้นงาน (Nesting) สามารถคำนึงถึงทิศทางเส้นใยที่เหมาะสมสำหรับการดัดงอในขั้นตอนต่อไปได้

ด้วยการเข้าใจว่าแต่ละขั้นตอนของกระบวนการมีความเชื่อมโยงกันอย่างไร ตั้งแต่การตรวจสอบวัสดุจนถึงการตรวจสอบคุณภาพสุดท้าย คุณจะเปลี่ยนการตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์จากกระบวนการทำงานที่แยกเดี่ยวให้กลายเป็นระบบการผลิตที่ประสานงานกันอย่างมีระเบียบ มุมมองแบบองค์รวมนี้ ร่วมกับความรู้ทางเทคนิคที่ได้กล่าวไว้ตลอดคู่มือนี้ จะทำให้คุณสามารถผลิตชิ้นส่วนสำเร็จรูปที่สมบูรณ์แบบและตรงตามข้อกำหนดที่เข้มงวดที่สุดได้อย่างต่อเนื่อง

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์

1. เครื่องเลเซอร์ชนิดใดที่จำเป็นสำหรับการตัดแผ่นเหล็กอ่อนหนา 2 มม.

สำหรับการตัดแผ่นเหล็กกล้าอ่อนความหนา 2 มม. เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังขับ 1-3 กิโลวัตต์ถือว่าเหมาะสมที่สุด เลเซอร์ไฟเบอร์ให้ผลลัพธ์ดีเยี่ยมกับวัสดุบาง โดยสามารถตัดได้เร็วสูงสุดถึง 20 เมตรต่อนาที พร้อมคุณภาพผิวตัดที่ยอดเยี่ยม เลเซอร์ไฟเบอร์ 2 กิโลวัตต์สามารถจัดการกับเหล็กกล้าอ่อนหนา 2 มม. ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ให้รอยตัดที่สะอาดและเกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด สำหรับงานใช้งานระดับสมัครเล่น เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์รุ่นเริ่มต้นที่มีกำลังขับประมาณ 1 กิโลวัตต์สามารถประมวลผลเหล็กบางได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ว่าเครื่องจักรเกรดอุตสาหกรรมจะให้ความเร็วที่สูงกว่าและความสม่ำเสมอมากขึ้นสำหรับงานผลิต

2. ต้นทุนการตัดแผ่นเหล็กด้วยเลเซอร์อยู่ที่เท่าใด?

ค่าตัดด้วยเลเซอร์สำหรับแผ่นเหล็กขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุ ความซับซ้อน ปริมาณ และข้อกำหนดด้านคุณภาพของขอบชิ้นงาน เลเซอร์ไฟเบอร์ใช้พลังงานประมาณ 3.50-4.00 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมง เมื่อเทียบกับระบบ CO2 ที่ใช้ 12.73 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมง ต้นทุนต่อชิ้นประกอบด้วยเวลาเครื่องจักร วัสดุ การใช้ก๊าซช่วยตัด และการตกแต่งขั้นที่สองใดๆ การตัดด้วยก๊าซไนโตรเจนเพื่อให้ได้ขอบปราศจากออกไซด์จะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าการตัดด้วยก๊าซออกซิเจนเนื่องจากการใช้ก๊าซมากกว่า สำหรับการขอใบเสนอราคาที่แม่นยำ ผู้ผลิตเช่น Shaoyi ให้บริการตอบกลับภายใน 12 ชั่วโมงสำหรับโครงการที่ออกแบบพิเศษ

3. ความแตกต่างระหว่างการตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์และเลเซอร์ CO2 สำหรับโลหะคืออะไร

เลเซอร์ไฟเบอร์ทำงานที่ความยาวคลื่น 1.06μm ซึ่งโลหะดูดซับได้ดีกว่า ทำให้มีความเร็วสูงขึ้นถึง 3 เท่าเมื่อตัดเหล็กบางที่มีความหนาน้อยกว่า 6 มม. เลเซอร์ CO2 ที่ความยาวคลื่น 10.6μm ให้ผลลัพธ์ที่ดีเยี่ยมกับแผ่นโลหะหนาเกิน 12 มม. โดยให้ผิวตัดที่เรียบเนียนมากกว่า เลเซอร์ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานอยู่ที่ 30-50% เมื่อเทียบกับเลเซอร์ CO2 ที่ 10-15% โดยมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาประจำปีอยู่ที่ 200-400 ดอลลาร์ เทียบกับ 1,000-2,000 ดอลลาร์ เทคโนโลยีเลเซอร์ไฟเบอร์จัดการกับโลหะสะท้อนแสง เช่น อลูมิเนียมและทองแดง ได้ดีกว่า ในขณะที่เลเซอร์ CO2 ยังคงมีข้อได้เปรียบในสภาพแวดล้อมที่ใช้วัสดุหลากหลายชนิด

4. เครื่องตัดเลเซอร์สำหรับงานอดิเรกสามารถตัดโลหะได้หรือไม่?

เลเซอร์ CO2 ระดับงานอดิเรกส่วนใหญ่ไม่สามารถตัดโลหะได้เนื่องจากกำลังไฟไม่เพียงพอและปัญหาการสะท้อนแสง การตัดเหล็กต้องใช้เลเซอร์ไฟเบอร์หรือระบบ CO2 ที่มีกำลังสูงซึ่งเริ่มต้นที่ 1 กิโลวัตต์ เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์รุ่นเริ่มต้นที่สามารถประมวลผลแผ่นโลหะบาง (0.5-2 มม.) ได้มีอยู่จริง แต่ถือเป็นการลงทุนก้อนโตเมื่อเทียบกับเครื่องงานอดิเรกทั่วไป สำหรับโครงการตัดโลหะขนาดเล็ก บริการตัดด้วยเลเซอร์ออนไลน์ เช่น OSH Cut หรือ SendCutSend ถือเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่าการซื้ออุปกรณ์เฉพาะทาง

5. เหล็กเกรดใดที่เหมาะกับการตัดด้วยเลเซอร์มากที่สุด?

เหล็กกล้าอ่อน (S275, S355, CR4) มีความเหมาะสมที่สุด เนื่องจากสามารถตัดได้อย่างสะอาดในช่วงความหนาตั้งแต่ 0.5 มม. ถึง 30 มม. เหล็กสเตนเลสเกรด 304 และ 316 ต้องใช้ก๊าซไนโตรเจนช่วยเพื่อให้ได้ขอบตัดที่ปราศจากออกไซด์และเหมาะสำหรับการเชื่อม เหล็กชุบสังกะสีสามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่จำเป็นต้องมีการระบายอากาศที่เหมาะสมเนื่องจากเกิดไอสังกะสี การเลือกใช้เหล็กคุณภาพสำหรับเลเซอร์ ซึ่งมีความทนทานต่อความหนาสม่ำเสมอ พื้นผิวเรียบดี และไม่มีคราบผิวเหล็กหรือสิ่งปนเปื้อนหนัก จะให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด เหล็กกล้าผสมโลหะต่ำความแข็งแรงสูงจำเป็นต้องควบคุมพารามิเตอร์อย่างระมัดระวัง เพื่อรักษากำลังเชิงกลที่ออกแบบไว้