วิธีการใช้งานเครื่องเชื่อมเลเซอร์?

ความหลากหลายในการใช้งานเทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์

เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ได้ก้าวข้ามจากสิ่งที่เคยเป็นเพียงความน่าสนใจในห้องปฏิบัติการ มาสู่การใช้งานในภาคอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลายแล้ว หลักการทำงานนั้นเรียบง่าย — คลื่นเลเซอร์พลังงานสูงจะทำให้สิ่งสกปรกบนพื้นผิวระเหิดไปโดยไม่ทำลายวัสดุพื้นฐานที่อยู่ด้านล่าง สิ่งที่ทำให้เทคโนโลยีนี้โดดเด่นคือความสามารถในการประมวลผลวัสดุได้หลากหลายชนิด ตั้งแต่วัตถุโบราณที่บอบบางในพิพิธภัณฑ์ ไปจนถึงเครื่องจักรอุตสาหกรรมหนัก การเข้าใจว่าวัสดุประเภทใดบ้างที่สามารถทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ได้ จะช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานในโรงงานตัดสินใจเลือกระหว่างระบบทำความสะอาดเฉพาะทาง กับเครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบอเนกประสงค์ที่มีความสามารถในการทำความสะอาดด้วย

หลักการทำงานของการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์

กระบวนการทำความสะอาดอาศัยการดูดซับแบบเลือกสรร ลำแสงเลเซอร์จะถูกดูดซับโดยสิ่งสกปรก เช่น สนิม สี น้ำมัน หรือออกไซด์ ทำให้สิ่งสกปรกนั้นระเหิดทันที ขณะที่วัสดุพื้นฐานดูดซับพลังงานน้อยกว่าที่ความยาวคลื่นเดียวกัน จึงยังคงไม่ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ เลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์ในช่วงกำลัง 50 ถึง 500 วัตต์เป็นที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับงานทำความสะอาด ระยะเวลาของพัลส์ (วัดเป็นนาโนวินาที) จะกำหนดว่าพลังงานจะค้างอยู่ที่ผิวหน้าหรือแทรกซึมเข้าไปลึกกว่านั้น เครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่สามารถปรับค่าพัลส์ได้สามารถใช้งานร่วมกันทั้งในการเชื่อมและทำความสะอาดได้ — ซึ่งเป็นประสิทธิภาพที่โรงงานผลิตขนาดเล็กเริ่มนำมาใช้ประโยชน์มากขึ้นเรื่อยๆ

วัสดุที่ตอบสนองได้ดี

เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าไร้สนิม เป็นวัสดุพื้นฐานที่ใช้กันมากที่สุด การกำจัดสนิมเป็นการประยุกต์ใช้งานที่มีปริมาณมากที่สุดเพียงอย่างเดียว แผ่นเหล็กที่มีสนิมซึ่งปกติจะต้องใช้เวลา 30 นาทีในการขัดด้วยเม็ดทราย สามารถทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ได้ภายใน 5 ถึง 8 นาที โดยไม่เกิดของเสียรองลงมาเลย สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์มีข้อได้เปรียบเนื่องจากไม่ทำให้อนุภาคคาร์บอนฝังตัวลงในพื้นผิว ซึ่งแตกต่างจากวิธีการขัดแบบดั้งเดิมที่มักเกิดปัญหานี้

อลูมิเนียมและทองแดง มีการสะท้อนแสงสูงมากที่ความยาวคลื่นอินฟราเรด แต่ชั้นออกไซด์ของวัสดุเหล่านี้ดูดซับพลังงานมากขึ้น ทำให้สามารถกำจัดออกได้อย่างเลือกสรร การทำความสะอาดอลูมิเนียมด้วยเลเซอร์ก่อนการเชื่อมจะช่วยขจัดชั้นออกไซด์ที่เป็นสาเหตุให้เกิดรูพรุนในรอยเชื่อม หลายกระบวนการดำเนินการขั้นตอนนี้โดยใช้เครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์ซึ่งสลับโหมดระหว่างการทำความสะอาดกับการเชื่อมโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายชิ้นงาน

เหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือและเหล็กหล่อ ตอบสนองได้ดีในการบำรุงรักษาแม่พิมพ์ โพรงแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปสะสมคราบคาร์บอนจากการผลิตซ้ำ ๆ ไปเรื่อย ๆ การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถขจัดคราบเหล่านี้ได้โดยไม่ทำให้รูปร่างของโพรงแม่พิมพ์เปลี่ยนแปลง — ในขณะที่วิธีการขัดถูแบบกัดกร่อนนั้นหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะเปลี่ยนรูปร่างของโพรงแม่พิมพ์

วัสดุที่ต้องควบคุมพารามิเตอร์อย่างระมัดระวัง

พื้นผิวที่ทาสีและเคลือบผิว

ระบบสีแบบหลายชั้นต้องใช้การสแกนซ้ำหลายครั้งด้วยความหนาแน่นของกำลังงานที่แตกต่างกัน ชั้นสีด้านบนดูดซับพลังงานต่างจากชั้นรองพื้น จึงไม่มีการตั้งค่าเพียงค่าเดียวที่สามารถทำความสะอาดทั้งสองชั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผู้ปฏิบัติงานควรเริ่มต้นด้วยการทดสอบบริเวณเล็ก ๆ ด้วยกำลังงานต่ำก่อน จากนั้นจึงค่อยเพิ่มกำลังงานขึ้นทีละน้อย เครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่นำมาใช้ในการทำความสะอาดควรมีการจัดเก็บโปรไฟล์พารามิเตอร์ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าอย่างน้อยห้าแบบสำหรับระบบสีที่แตกต่างกัน

วัสดุคอมโพสิตและพอลิเมอร์

พอลิเมอร์เสริมด้วยเส้นใยคาร์บอนสามารถทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ได้ แต่ต้องควบคุมพารามิเตอร์อย่างระมัดระวังเป็นพิเศษ เกณฑ์การกำจัดสิ่งสกปรกด้วยเลเซอร์จะต้องต่ำกว่าเกณฑ์ที่ทำให้วัสดุคอมโพสิตเสียหาย ซึ่งมีช่วงที่แคบมาก สถาน facilities ด้านอวกาศสามารถทำความสะอาดแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ด้วยเลเซอร์สำเร็จแล้ว โดยใช้พัลส์ความยาว 100 นาโนวินาทีที่มีความหนาแน่นที่ปรับค่าได้อย่างแม่นยำ เพื่อกำจัดสีทาผิวโดยไม่ทำลายเส้นใย

วัสดุที่โดยทั่วไปไม่เหมาะสมสำหรับการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์

เซรามิกสีขาวมักแตกร้าวจากแรงกระแทกเชิงความร้อนที่เกิดจากพัลส์เลเซอร์ แก้วใสจะให้พลังงานส่วนใหญ่ผ่านไปแทนที่จะดูดซับไว้ที่สิ่งสกปรกบนผิว แผ่นเหล็กชุบสังกะสีที่มีชั้นสังกะสีหนาจะสร้างความท้าทายเนื่องจากไอของสังกะสีที่เกิดขึ้นจำเป็นต้องใช้ระบบดูดไอ ซึ่งหลายสถานที่ไม่มีระบบนี้ติดตั้งไว้

กรณีศึกษาจริง: การบำรุงรักษาอุปกรณ์ในโรงงานผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ด้วยเครื่องกด

ผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนยานยนต์ระดับที่หนึ่งในเม็กซิโก ดำเนินการสายการผลิตด้วยเครื่องกดโลหะจำนวน 14 สาย ซึ่งจำเป็นต้องทำความสะอาดแม่พิมพ์ทุกวันเพื่อขจัดคราบสารหล่อลื่นที่ใช้ในการขึ้นรูป การทำความสะอาดด้วยวิธีแบบใช้แรงงานและวัสดุขัดทำให้สิ้นเปลืองเวลาแรงงาน 32 ชั่วโมงต่อสัปดาห์ และยังก่อให้เกิดการสึกหรอของรัศมีแม่พิมพ์อย่างค่อยเป็นค่อยไป ส่งผลให้ต้องปรับแต่งแม่พิมพ์ใหม่ทุก 18 เดือน แทนที่จะเป็นช่วงเวลาที่คาดไว้คือทุก 36 เดือน

ผู้จัดจำหน่ายได้นำระบบทำความสะอาดด้วยเลเซอร์มาใช้งาน โดยเชื่อมต่อกับเครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่มีอยู่แล้ว — แหล่งกำเนิดเลเซอร์ไฟเบอร์เดียวกันนี้ถูกใช้งานร่วมกันทั้งสำหรับการเชื่อมและการทำความสะอาดผ่านเส้นทางส่งลำแสงที่สามารถสลับใช้งานได้ เวลาในการทำความสะอาดแม่พิมพ์ลดลงจาก 2.5 ชั่วโมงต่อสายการผลิตเหลือเพียง 45 นาที จำนวนแรงงานลดลงเหลือเพียงผู้ปฏิบัติงานหนึ่งคน ซึ่งทำหน้าที่ดูแลสายการผลิตทั้ง 14 สายแบบหมุนเวียน ช่วงเวลาที่ต้องปรับแต่งแม่พิมพ์ใหม่กลับมาเป็นไปตามข้อกำหนดที่ 36 เดือนอีกครั้ง ระบบเลเซอร์ร่วมที่ใช้ทั้งสำหรับการเชื่อมและทำความสะอาดนี้คืนทุนภายใน 10 เดือน จากการประหยัดค่าแรงงานและยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์

การประเมินความเหมาะสมของการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สำหรับการดำเนินงานของคุณ

การตัดสินใจที่สำคัญคือ ว่าเครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่มีอยู่สามารถปรับแต่งให้ใช้งานในการทำความสะอาดได้หรือไม่ โดยการอัปเกรดระบบส่งลำแสง ร้านที่ดำเนินการทั้งการเชื่อมและการทำความสะอาดบนวัสดุที่คล้ายกันจะได้รับประโยชน์จากระบบที่รวมทั้งสองฟังก์ชันเข้าด้วยกัน สำหรับสถานที่ที่มีปริมาณงานทำความสะอาดสูง — มากกว่า 50 ตารางฟุตต่อกะ — มักจะคุ้มค่าที่จะลงทุนในระบบที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับการทำความสะอาด มาตรฐาน ISO 8501-1 กำหนดเกณฑ์ความสะอาดของพื้นผิว ซึ่งการล้างด้วยเลเซอร์สามารถบรรลุหรือเกินกว่ามาตรฐานนี้ได้ในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ จึงเป็นเกณฑ์อ้างอิงที่ทีมควบคุมคุณภาพสามารถใช้วัดผลลัพธ์ได้

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถทำหน้าที่ทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยหรือไม่

เลเซอร์เชื่อมไฟเบอร์หลายรุ่นที่มีการปรับพารามิเตอร์ของพัลส์ได้สามารถใช้งานร่วมกับระบบสแกนนิ่งที่เหมาะสมเพื่อทำหน้าที่เป็นระบบทำความสะอาดได้เช่นกัน ข้อกำหนดของแหล่งกำเนิดเลเซอร์มีความใกล้เคียงกันมาก — การทำงานแบบพัลส์ในช่วงกำลัง 50 ถึง 500 วัตต์สามารถใช้งานได้ทั้งสำหรับการเชื่อมและการทำความสะอาด TY Laser มีระบบแบบอเนกประสงค์ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับความสามารถทั้งสองด้านนี้

การล้างด้วยเลเซอร์มีต้นทุนเปรียบเทียบกับการพ่นด้วยสารขัดอย่างไร

การล้างด้วยเลเซอร์ช่วยตัดค่าใช้จ่ายในการจัดซื้อและกำจัดสื่อกลางออกทั้งหมด ซึ่งมักคิดเป็นสัดส่วน 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ของค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานของการพ่นวัสดุขัดแบบกัดกร่อน แม้ว่าต้นทุนอุปกรณ์จะสูงกว่าในระยะเริ่มต้น แต่ต้นทุนต่อตารางฟุตกลับต่ำกว่าสำหรับงานที่มีพื้นที่เกิน 500 ตารางฟุตต่อเดือน

ความหนาของสนิมสูงสุดที่สามารถกำจัดออกได้ด้วยการล้างด้วยเลเซอร์คือเท่าใด

สนิมระดับเบาถึงปานกลางที่มีความหนาไม่เกิน 0.2 มิลลิเมตรสามารถกำจัดออกได้ในครั้งเดียว ส่วนการกัดกร่อนที่หนากว่านั้นจำเป็นต้องผ่านกระบวนการหลายรอบ สำหรับสนิมหนาเกิน 0.5 มิลลิเมตร อาจเหมาะสมกว่าที่จะลดความหนาลงด้วยวิธีเชิงกลก่อนแล้วจึงใช้การล้างด้วยเลเซอร์ขั้นสุดท้าย

การล้างด้วยเลเซอร์ทำให้พื้นผิวโลหะด้านล่างเสียหายหรือไม่

หากตั้งค่าพารามิเตอร์ให้เหมาะสม การล้างด้วยเลเซอร์จะกำจัดวัสดุฐานออกน้อยกว่า 1 ไมโครเมตรต่อรอบ — ซึ่งถือว่าแทบไม่มีผลต่อพื้นผิวเลย อย่างไรก็ตาม หากตั้งค่าพารามิเตอร์ไม่เหมาะสม โดยเฉพาะการใช้ความหนาแน่นของพลังงานสูงเกินไป อาจทำให้พื้นผิวหลอมละลายได้ ดังนั้นการทดสอบพารามิเตอร์บนตัวอย่างวัสดุจึงเป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐาน

อุตสาหกรรมใดบ้างที่ใช้การล้างด้วยเลเซอร์อย่างแพร่หลายที่สุด

การผลิตรถยนต์ การบำรุงรักษาอากาศยาน การผลิตแม่พิมพ์และเครื่องมือ และการบำรุงรักษาเรือ เป็นภาคส่วนที่นำเทคโนโลยีนี้มาใช้เป็นหลัก กระบวนการเตรียมผิวก่อนการเชื่อมเป็นการประยุกต์ใช้งานที่เติบโตเร็วที่สุด — การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ช่วยปรับปรุงคุณภาพของการเชื่อม ในขณะที่เครื่องเชื่อมเลเซอร์เพียงเครื่องเดียวสามารถทำทั้งสองขั้นตอนได้

การใช้เลเซอร์ทำความสะอาดปลอดภัยสำหรับพื้นผิวที่สัมผัสกับอาหารหรือไม่

การใช้เลเซอร์ทำความสะอาดไม่ทิ้งสารเคมีตกค้างไว้ และไม่ทำให้อนุภาคแปลกปลอมฝังตัวลงในพื้นผิว อุปกรณ์แปรรูปอาหารที่ทำจากสแตนเลสซึ่งผ่านการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถผ่านการทดสอบการยึดเกาะของแบคทีเรียได้ในระดับที่เทียบเคียงกับพื้นผิวที่ผ่านการขัดเงาด้วยไฟฟ้า