วิธีเลือกเครื่องเลเซอร์ไฟเบอร์

การจับคู่เทคโนโลยีการลงรอยให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของการใช้งาน

เมื่อเลือก เครื่องทำเครื่องหมายเลเซอร์ไฟเบอร์ เริ่มต้นด้วยการกำหนดพารามิเตอร์สองประการ คือ วัสดุที่ต้องการลงรอย และอัตราการผลิตที่ต้องการ ระบบหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อการแกะสลักแบบลึกบนเครื่องมือเหล็ก 100 ชิ้นต่อวัน จะแตกต่างโดยสิ้นเชิงจากอีกระบบที่ใช้ลงรอยรหัส QR บนชิ้นส่วนอลูมิเนียม 5,000 ชิ้นต่อกะ การระบุพารามิเตอร์ทั้งสองนี้อย่างถูกต้อง จะเป็นตัวกำหนดว่าเครื่องจักรนั้นจะกลายเป็นจุดคอขวดในการผลิต หรือสร้างศักยภาพเกินความต้องการ

เลเซอร์ไฟเบอร์ให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมบนโลหะ เช่น เหล็ก โลหะสแตนเลส อลูมิเนียม ไทเทเนียม ทองเหลือง และทองแดง รวมทั้งสามารถทำเครื่องหมายบนพลาสติกสีเข้มบางชนิด เช่น ABS และพอลิคาร์บอเนต อย่างไรก็ตาม หากงานประยุกต์ใช้งานเกี่ยวข้องกับพลาสติกใส แก้ว หรือซิลิคอน จะต้องใช้เลเซอร์ยูวี (355 นาโนเมตร) แทน หากงานประยุกต์ใช้งานเกี่ยวข้องกับไม้ กระดาษ หรือหนัง เลเซอร์ CO₂ (10,600 นาโนเมตร) คือเทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุด หลักการเลือกวัสดุนั้นเรียบง่าย: โลหะและพลาสติกสีเข้มที่ผ่านกระบวนการวิศวกรรม = เลเซอร์ไฟเบอร์ วัสดุที่ไวต่อความร้อน = เลเซอร์ยูวี วัสดุจากธรรมชาติ = เลเซอร์ CO₂

ผู้ผลิตเครื่องมือซึ่งผลิตประแจวัดแรงบิดจำนวน 2,000 ชิ้นต่อวัน จำเป็นต้องใช้ระบบการลงรหัสที่สามารถแกะสลักหมายเลขลำดับและข้อมูลการสอบเทียบให้มีความลึกสม่ำเสมอ ความลึกที่กำหนดคือ 0.05–0.08 มม. ซึ่งลึกพอที่จะทนต่อการสึกหรอของเครื่องมือ แต่ตื้นพอที่จะไม่ก่อให้เกิดจุดสะสมแรงเครียด จึงเลือกใช้เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 30 วัตต์ แทนระบบกำลัง 20 วัตต์ เนื่องจากความลึกของการแกะสลักที่ต้องการนั้นต้องอาศัยกำลังที่สูงกว่าเพื่อให้บรรลุเวลาในการทำงานต่อหนึ่งชิ้นภายใน 2 วินาที ตามที่สายการผลิตกำหนด แม้ว่าระบบกำลัง 20 วัตต์จะสามารถบรรลุความลึกที่ต้องการได้ แต่ต้องใช้เวลา 3.5–4 วินาทีต่อชิ้น ซึ่งส่งผลให้เกิดจุดตีบตันที่สถานีการลงรหัส

การตัดสินใจเกี่ยวกับข้อกำหนดหลัก

การเลือกกำลังเลเซอร์

เส้นใย เครื่องทำเครื่องหมายเลเซอร์ไฟเบอร์ ช่วงกำลังไฟตั้งแต่ 20 วัตต์ ถึง 100 วัตต์ แต่กำลังไฟที่สูงขึ้นไม่ได้หมายความว่าจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าเสมอไป สำหรับการแกะสลักผิววัสดุ เช่น การอบอ่อน (annealing) การเปลี่ยนสี และการกัดผิวด้วยแสง (light ablation) กำลังไฟ 20–30 วัตต์ให้ความหนาแน่นของกำลังไฟที่เพียงพอ พร้อมทั้งมีช่วงพารามิเตอร์ที่ยืดหยุ่นเพียงพอสำหรับการแกะสลักวัสดุหลากหลายชนิด ตั้งแต่อลูมิเนียมบางๆ ไปจนถึงเหล็กกล้าหนาๆ ส่วนสำหรับการแกะสลักแบบลึก (deep engraving) ซึ่งต้องขจัดวัสดุออกมากกว่า 0.05 มม. จากเหล็กกล้าที่ผ่านการรักษาความแข็งแล้ว กำลังไฟ 50 วัตต์ขึ้นไปจะช่วยลดเวลาในการประมวลผลโดยสัมพันธ์โดยตรงกับจำนวนวัตต์ที่เพิ่มขึ้น

การตัดสินใจระหว่างเลเซอร์แบบ MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) กับเลเซอร์แบบ Q-switch มีผลต่อความสามารถในการใช้งานมากกว่ากำลังวัตต์ขั้นต้นเพียงอย่างเดียว เลเซอร์แบบ Q-switch สร้างพัลส์ในช่วงนาโนวินาทีที่มีความยาวพัลส์คงที่ โดยทั่วไปอยู่ที่ 100–200 นาโนวินาที ซึ่งเพียงพอสำหรับการสลักเครื่องหมายสีดำและขาวแบบมาตรฐานบนโลหะ ส่วนเลเซอร์แบบ MOPA สามารถปรับความยาวพัลส์ได้ตั้งแต่ 2 นาโนวินาที ถึง 500 นาโนวินาที ทำให้สามารถสลักสีบนเหล็กกล้าไร้สนิมและไทเทเนียม สร้างเครื่องหมายสีดำบนอลูมิเนียมอโนไดซ์โดยไม่ทำลายชั้นเคลือบ และให้ความคมชัดสูงกว่าบนพลาสติก แม้ว่าเลเซอร์แบบ MOPA จะมีราคาสูงกว่า 30–50% เมื่อเทียบกับระบบแบบอื่น แต่ก็ช่วยขยายขอบเขตการใช้งานได้อย่างมีนัยสำคัญ

ยี่ห้อแหล่งกำเนิดเลเซอร์และความน่าเชื่อถือ

แหล่งกำเนิดเลเซอร์ถือเป็นวัสดุสิ้นเปลืองที่มีราคาแพงที่สุดในระบบ โดยค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนหลังจากผ่านอายุการใช้งานตามที่ระบุไว้จะอยู่ที่ 1,000–5,000 หน่วยเงิน แบรนด์ชั้นนำ ได้แก่ IPG (เยอรมนี/สหรัฐอเมริกา อายุการใช้งานตามที่ระบุไว้ 100,000 ชั่วโมง), Raycus (จีน อายุการใช้งานตามที่ระบุไว้ 100,000 ชั่วโมง), Max Photonics (จีน อายุการใช้งานตามที่ระบุไว้ 80,000–100,000 ชั่วโมง) และ JPT (จีน ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยี MOPA อายุการใช้งานตามที่ระบุไว้มากกว่า 80,000 ชั่วโมง) การเลือกแบรนด์ไม่เพียงส่งผลต่อความทนทานเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อคุณภาพของลำแสงด้วย — โดยค่า M² ใช้อธิบายว่าลำแสงนั้นมีลักษณะใกล้เคียงกับโปรไฟล์แบบเกาส์เซียนในอุดมคติเพียงใด

คุณภาพของลำแสงกำหนดขนาดจุดที่เล็กที่สุดที่สามารถสร้างได้ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อระดับความละเอียดสูงสุดที่เครื่องสามารถแกะสลักได้ ค่า M² เท่ากับ 1.3 จะให้ขนาดจุดประมาณ 20–30 ไมครอน — เพียงพอสำหรับรหัส QR ที่มีขนาดเล็กที่สุด 3×3 มม. ในขณะที่ค่า M² เท่ากับ 2.0 จะให้ขนาดจุด 40–50 ไมครอน ทำให้ขนาดขั้นต่ำของรหัส QR จำกัดอยู่ที่ประมาณ 5×5 มม. ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องแกะสลักรหัส QR ขนาดจิ๋วบนชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กกว่าเล็บมือ จำเป็นต้องใช้ค่า M² เป็นเกณฑ์หลักในการเลือก แทนที่จะเป็นกำลังของลำแสง

พื้นที่ทำเครื่องหมายและการจัดวางเลนส์

เลนส์สแกน — ซึ่งเรียกว่าเลนส์เอฟ-เธต้า (F-theta lens) — กำหนดขนาดของพื้นที่ทำเครื่องหมายและอัตราส่วนระหว่างขนาดพื้นที่กับขนาดจุดแสง เลนส์ขนาด 110×110 มม. จะให้จุดแสงที่เล็กที่สุดและรายละเอียดที่คมชัดที่สุด แต่จำกัดพื้นที่ทำเครื่องหมายไว้ เลนส์ขนาด 200×200 มม. จะครอบคลุมพื้นที่ได้มากกว่าสี่เท่า แต่จุดแสงจะมีขนาดใหญ่ขึ้นตามสัดส่วน เลนส์ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ระหว่างการดำเนินการ ดังนั้นการเลือกเลนส์จึงขึ้นอยู่กับมิติที่ใหญ่ที่สุดของชิ้นงานบวกกับความคลาดเคลื่อนในการจัดตำแหน่ง

สำหรับการใช้งานที่ต้องการทั้งพื้นที่ทำเครื่องหมายขนาดใหญ่และรายละเอียดที่คมชัด ระบบโฟกัสแบบไดนามิก 3 มิติจะเพิ่มระยะโฟกัสได้ 3,000–6,000 มม. และทำให้ระนาบโฟกัสปรับตัวอย่างต่อเนื่องตลอดพื้นที่ทำเครื่องหมาย เพื่อชดเชยความแปรผันของความสูงพื้นผิว และทำให้สามารถทำเครื่องหมายบนพื้นผิวโค้งหรือพื้นผิวที่มีขั้นบันไดได้ ซึ่งในระบบที่มีโฟกัสคงที่จะไม่สามารถโฟกัสได้

คำถามที่พบบ่อย

ฉันควรใช้เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังเท่าใด

เลเซอร์กำลัง 20–30 วัตต์สามารถรองรับการใช้งานด้านการสลักพื้นผิวได้ถึง 90% บนโลหะ สำหรับการสลักลึก (มากกว่า 0.05 มม.) หรืออัตราการผลิตที่เกิน 5,000 ชิ้นต่อกะ จำเป็นต้องใช้เลเซอร์กำลัง 50 วัตต์ขึ้นไป ส่วนระบบเลเซอร์กำลัง 100 วัตต์เหมาะสำหรับการสลักอย่างหนักบนเหล็กเครื่องมือที่ผ่านการชุบแข็งแล้ว ความต้องการกำลังงานขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุ ความลึกของการสลักที่ต้องการ และเวลาในการทำงานต่อรอบ — ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นงานเพียงอย่างเดียว

เลเซอร์ไฟเบอร์แบบ Q-switch กับแบบ MOPA ต่างกันอย่างไร

เลเซอร์แบบ Q-switch สร้างพัลส์ที่มีระยะเวลาคงที่ เหมาะสำหรับการสลักโลหะให้เป็นสีดำหรือขาวแบบมาตรฐาน ส่วนเลเซอร์แบบ MOPA สามารถปรับระยะเวลาของพัลส์ได้ในช่วง 2–500 นาโนวินาที ทำให้สามารถสลักให้เกิดสีต่าง ๆ บนสแตนเลส สลักให้เป็นสีดำบนอลูมิเนียมที่ผ่านการชุบออกไซด์ และสร้างรอยสลักที่มีคอนทราสต์สูงบนพลาสติกวิศวกรรม ทั้งนี้ ระบบเลเซอร์แบบ MOPA มีราคาสูงกว่า 30–50%

แหล่งกำเนิดเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถใช้งานได้นานเท่าใดก่อนต้องเปลี่ยน

แหล่งกำเนิดเลเซอร์ไฟเบอร์มีการระบุอายุการใช้งานไว้ที่ 80,000–100,000 ชั่วโมง ซึ่งเทียบเท่ากับการใช้งานแบบกะเดียวต่อวันเป็นเวลาประมาณ 10–15 ปี ระบบสแกนด้วยกระจกแกลอแวนอมิเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมโดยทั่วไปมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแหล่งกำเนิดเลเซอร์เอง บริษัท Tianyu Laser ใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์จาก Raycus, Max, JPT และ IPG ซึ่งมีการระบุอายุการใช้งานที่ได้รับการรับรองแล้ว

เครื่องเลเซอร์ไฟเบอร์หนึ่งเครื่องสามารถทำเครื่องหมายทั้งโลหะและพลาสติกได้หรือไม่

ได้ แต่มีข้อจำกัดบางประการ เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถทำเครื่องหมายพลาสติกสีเข้ม (เช่น พลาสติก ABS สีดำ หรือพอลิคาร์บอเนตสีเข้ม) ได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านกระบวนการย้ายตัวของคาร์บอน ในขณะที่พลาสติกสีอ่อนและพลาสติกใสจำเป็นต้องใช้เลเซอร์ยูวีในการทำเครื่องหมาย ดังนั้นในสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีทั้งโลหะและพลาสติกผสมกัน อาจจำเป็นต้องใช้ทั้งระบบเลเซอร์ไฟเบอร์และระบบเลเซอร์ยูวีร่วมกัน แทนที่จะใช้ระบบเดียวที่สามารถทำทุกอย่างได้

เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์รองรับซอฟต์แวร์และรูปแบบไฟล์ใดบ้าง

ระบบมาตรฐานใช้งานซอฟต์แวร์ EZCAD2 ซึ่งรองรับการประมวลผลด้วยปัญญาประดิษฐ์ (AI) และไฟล์รูปแบบต่าง ๆ ได้แก่ PLT, DXF, PNG, JPG, BMP รวมทั้งสามารถสร้างบาร์โค้ดและคิวอาร์โค้ดโดยตรง สำหรับระบบที่มีคุณภาพสูงนั้น รองรับการเชื่อมต่อกับฐานข้อมูลแบบกำหนดเองเพื่อสร้างเลขหมายลำดับอัตโนมัติ และเชื่อมต่อกับระบบ MES ได้ เครื่องเลเซอร์ยี่ห้อ Tianyu สามารถทำงานร่วมกับเวิร์กโฟลว์ของโปรแกรม CorelDRAW, AutoCAD และ Photoshop ได้

เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ต้องใช้พื้นที่บนพื้นกี่ตารางเมตร

ระบบแบบตั้งโต๊ะใช้พื้นที่ประมาณ 0.5 ตารางเมตร รวมถึงสถานีงานคอมพิวเตอร์ ขณะที่ระบบการผลิตแบบปิดผนึกที่มีโครงสร้างป้องกันความปลอดภัยและสายพานลำเลียงในตัว จะใช้พื้นที่ 1–2 ตารางเมตร ส่วนเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์แบบพกพา มีน้ำหนักไม่เกิน 6 กิโลกรัม และไม่จำเป็นต้องติดตั้งถาวร — จึงสามารถนำเครื่องไปใช้งานที่ชิ้นงานได้โดยตรง แทนที่จะต้องเคลื่อนย้ายชิ้นงานมาหาเครื่อง