ชิ้นส่วนอลูมิเนียมตัดด้วยเลเซอร์: คู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับการตัดที่สะอาดและแม่นยำ

หากคุณกำลังพิจารณาตัดอะลูมิเนียมด้วยเลเซอร์ คุณอาจเคยประสบกับอุปสรรคที่น่าหงุดหงิดใจ ความเป็นตัวสะท้อนแสงและนำความร้อนได้ดีของอลูมิเนียมทำให้มันกลายเป็นวัสดุที่ตัดได้ยากอย่างยิ่ง ผมใช้เวลามากกว่าสิบปีในการดูแลงานในโรงงานของเรา ซึ่งดำเนินโครงการมาแล้วหลายพันโครงการ ตั้งแต่เปลือกครอบอิเล็กทรอนิกส์บางๆ ไปจนถึงฮีทซิงก์ที่หนา การตัดชิ้นส่วนที่มีขอบเต็มไปด้วยคราสดรอส กับการตัดที่สะอาดพร้อมใช้งานได้ทันที ขึ้นอยู่กับหลักการสำคัญไม่กี่ข้อที่ได้รับการพิสูจน์จากประสบการณ์จริงในโรงงาน คู่มือนี้จะแนะนำคุณอย่างละเอียดเกี่ยวกับวิธีการตัดให้ได้ผลลัพธ์ที่สมบูรณ์แบบ

ทำไมไฟเบอร์เลเซอร์จึงปฏิวัติการตัดอลูมิเนียม

ขอพูดให้ชัดเจน: หากคุณพยายามตัดอลูมิเนียมด้วยเลเซอร์ CO2 แบบดั้งเดิม คุณกำลังเผชิญกับความท้าทายที่ยากลำบาก เพราะคลื่นความยาว 10.6 ไมครอนของเลเซอร์ CO2 จะถูกพื้นผิวอลูมิเนียมสะท้อนกลับส่วนใหญ่ ส่งผลให้เกิดความร้อนสะสมมากเกินไป รอยตัดที่กว้าง และคุณภาพผิวขอบที่ไม่ดี

สิ่งที่เปลี่ยนเกมคือเลเซอร์ไฟเบอร์ที่มีความยาวคลื่น 1 ไมครอน ความยาวคลื่นที่สั้นกว่านี้ถูกดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยอลูมิเนียม การเปลี่ยนจากเลเซอร์ CO2 4 กิโลวัตต์ เป็นเลเซอร์ไฟเบอร์ 3 กิโลวัตต์ ในโรงงานของเรา ทำให้เวลาในการตัดลดลง 65% และเกือบกำจัดคราบขอบ (edge dross) ออกไปได้เลยในแผ่นที่หนาไม่เกิน 8 มม. สำหรับงานตัดอลูมิเนียม คุณจำเป็นต้องใช้เลเซอร์ไฟเบอร์

การควบคุมพารามิเตอร์: การตั้งค่าที่ผ่านการทดสอบจริงบนพื้นที่ผลิต

ความสำเร็จในการตัดด้วยเลเซอร์กับอลูมิเนียมคือวิทยาศาสตร์ที่แม่นยำ นี่คือขั้นตอนมาตรฐานของเราสำหรับเกรดอลูมิเนียมที่นิยมตัด เช่น 5052 และ 6061

ไตรภาคสำคัญ: ก๊าซ หัวพ่น และจุดโฟกัส

ขั้นตอนแรก ต้องใช้ก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์สูง (99.99% หรือมากกว่า) เป็นก๊าซช่วยตัดเสมอ อย่าใช้ออกซิเจน เพราะออกซิเจนจะทำให้เกิดขอบที่ขรุขระและมีการออกซิไดซ์ ขณะที่ไนโตรเจนจะให้รอยตัดที่สะอาด ปราศจากออกไซด์ ความดันมีความสำคัญมาก—สำหรับเลเซอร์ 3 กิโลวัตต์ ที่ตัดอลูมิเนียมหนา 3 มม. เราใช้ความดันประมาณ 16-18 บาร์ ความดันที่ต่ำเกินไปจะทำให้วัสดุที่หลอมแล้วกลับมาแข็งตัวที่ขอบด้านล่าง

ประการที่สอง การเลือกหัวพ่นมีความสำคัญ ควรใช้หัวพ่นคุณภาพสูงแบบชิ้นเดียว โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมาะสมกับความหนาของวัสดุ เช่น หัวพ่นขนาด 2.0 มม. หรือ 2.5 มม. หัวพ่นที่สึกหรอหรือมีคุณภาพต่ำจะทำให้เกิดการไหลเวียนของก๊าซที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลให้คุณภาพของขอบตัดลดลง

ประการที่สาม ตั้งจุดโฟกัสให้ถูกต้อง สำหรับอลูมิเนียม โดยทั่วไปเราจะตั้งจุดโฟกัสต่ำกว่าผิววัสดุเล็กน้อย ประมาณ -0.5 มม. ถึง -1 มม. สำหรับแผ่นหนา 3 มม. สิ่งนี้จะช่วยสร้างลำแสงที่แคบและมีพลังงานสูงขึ้นที่ด้านล่างของร่องตัด เพื่อช่วยขับวัสดุที่หลอมเหลวออกได้ดีขึ้น

พารามิเตอร์การตัดในทางปฏิบัติ

พารามิเตอร์เริ่มต้นเหล่านี้ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดภายในองค์กรของเรา ควรทำการตัดทดสอบก่อนทุกครั้ง

สำหรับอลูมิเนียม 5052-H32 ที่มีความหนา 1 มม. เราใช้ความเร็วในการตัด 30 เมตรต่อนาที หัวพ่นขนาด 1.5 มม. ความดันไนโตรเจนที่ 14 บาร์ และกำลังเลเซอร์ประมาณ 1.8 กิโลวัตต์ ซึ่งโดยทั่วไปจะให้ขอบตัดที่เรียบเหมือนกระจก และเกือบไม่มีสะเก็ดตกค้าง

สำหรับอลูมิเนียมหนา 3 มม. รุ่น 6061-T6 เราจะลดความเร็วลงเหลือประมาณ 10 เมตรต่อนาที โดยใช้หัวพ่นขนาด 2.0 มม. เพิ่มแรงดันไนโตรเจนเป็น 16 บาร์ และใช้กำลังเลเซอร์สูงขึ้นประมาณ 2.7 กิโลวัตต์ ผลลัพธ์คือขอบที่เรียบเนียนพร้อมสะเก็ดเศษเหลือเพียงเล็กน้อย

สำหรับอลูมิเนียม 5052-H32 หนา 6 มม. เราตัดที่ความเร็วประมาณ 4.2 เมตรต่อนาที โดยใช้หัวพ่น 2.5 มม. แรงดัน 18 บาร์ และกำลังเลเซอร์เต็ม 3.0 กิโลวัตต์ คุณจะได้ขอบที่มีพื้นผิวหยาบเล็กน้อยและมีสะเก็ดเศษที่สามารถลบออกได้ด้วยเครื่องมือ

สำหรับอลูมิเนียม 6061-T6 หนา 8 มม. เราจะตัดช้าลงไปอีก—ประมาณ 2.0 เมตรต่อนาที—โดยใช้หัวพ่น 2.5 มม. แรงดัน 20 บาร์ และกำลัง 3.0 กิโลวัตต์ คาดว่าจะได้ขอบที่มีพื้นผิวหยาบที่อาจต้องทำการลบคมหรือขัดแต่งเบาๆ

ข้อสังเกตสำคัญ: ควรตัด 6061-T6 ให้ช้ากว่า 5052 เสมอ เนื่องจากมีซิลิคอนมากกว่าทำให้เมื่อหลอมเหลวแล้วมีความหนืดสูงกว่า จึงต้องใช้ความเร็วที่ช้ากว่าเพื่อให้วัสดุถูกขับออกอย่างสะอาด

การเปรียบเทียบการตัดด้วยเลเซอร์กับวิธีอื่น

เมื่อใดควรใช้การตัดด้วยเลเซอร์ และเมื่อใดควรเลือกวิธีอื่น?

สำหรับต้นแบบและชิ้นงานที่ผลิตเป็นจำนวนมากน้อย ซึ่งมีรูปร่างเรขาคณิต 2 มิติซับซ้อนในแผ่นอลูมิเนียม การตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์เป็นทางเลือกที่ดีที่สุด เนื่องจากใช้เวลาเตรียมงานน้อยที่สุด—สามารถเปลี่ยนจากไฟล์ดิจิทัลไปเป็นชิ้นงานได้ภายในไม่กี่นาที—พร้อมทั้งให้คุณภาพขอบที่ดีเยี่ยม และแทบไม่ต้องทำการตกแต่งเพิ่มเติม วิธีนี้เหมาะกับความหนาของวัสดุไม่เกินประมาณ 12-15 มม.

การไส CNC หรือการกลึงสามารถทำงานกับวัสดุทุกความหนา และให้คุณภาพขอบที่ดีมาก แม้ว่าจะเห็นรอยเครื่องมือได้บ้าง ใช้เวลานานในการตั้งค่า และมีต้นทุนสูงกว่าสำหรับแผ่นบางเนื่องจากต้องใช้อุปกรณ์ยึดจับชิ้นงาน จึงไม่เหมาะสำหรับชิ้นงานโปรไฟล์ 2 มิติที่ซับซ้อนในวัสดุบาง

การตัดด้วยเจ็ทน้ำสามารถทำงานกับวัสดุทุกความหนา โดยไม่มีข้อจำกัดจากความร้อน ให้พื้นผิวที่ดีแต่มีพื้นผิวด้านและมีแนวโน้มเอียงเล็กน้อย มีความเร็วในการตั้งค่าอยู่ในระดับปานกลาง แต่ค่าใช้จ่ายของสารกัดกร่อนที่ต้องใช้ต่อเนื่องจะสะสมสูงขึ้น และมีความเร็วต่ำกว่าการตัดด้วยเลเซอร์เมื่อใช้กับวัสดุบาง

การตัดด้วยแม่พิมพ์หรือไดคัตเหมาะสมเฉพาะการผลิตจำนวนมากเท่านั้น—เช่น 10,000 ชิ้นขึ้นไป มีต้นทุนเริ่มต้นและเวลาเตรียมงานสูงมาก แต่สามารถผลิตชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยให้ขอบตัดที่ดีแม้มีคราบผิวหยาบเล็กน้อย ในปริมาณมากสำหรับแผ่นบางที่มีความหนาน้อยกว่า 3 มม.

ข้อสรุปชัดเจน: สำหรับงานต้นแบบ ปริมาณน้อยถึงปานกลาง และรูปทรง 2 มิติที่ซับซ้อนในแผ่นอลูมิเนียม การตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ให้ความเร็ว ความแม่นยำ และความคุ้มค่าที่ดีที่สุด

การแก้ปัญหาทั่วไปและความยากลำบาก

ต่อไปนี้คือวิธีแก้ไขปัญหาที่พบบ่อยที่สุดที่เราเคยตรวจสอบและวินิจฉัยมาแล้วในโรงงานของเรา

หากขอบตัดของคุณเต็มไปด้วยคราบดรอสที่แข็งและหยาบจนไม่สามารถกำจัดออกได้ สาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากแรงดันก๊าซช่วยตัดต่ำเกินไปหรือก๊าซไนโตรเจนปนเปื้อน ให้เพิ่มแรงดันไนโตรเจนขึ้นอีก 2-3 บาร์ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าใช้ก๊าซไนโตรเจน "เกรดเลเซอร์" ที่มีความบริสุทธิ์ 99.99%

หากหัวเลเซอร์เกิดขัดข้องบ่อยครั้งหรือการตัดไม่สม่ำเสมอ คุณอาจกำลังประสบปัญหาการสะท้อนกลับจากพื้นผิวอลูมิเนียมที่มันวาว ให้เคลือบแผ่นด้วยของเหลวทำเครื่องหมายที่ใช้กับเลเซอร์ได้อย่างบางเบา—สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มการดูดซับลำแสงอย่างมาก ทำให้การตัดมีเสถียรภาพมากขึ้น และปกป้องอุปกรณ์ของคุณ หลังการตัดสามารถล้างออกได้ง่าย

หากขอบตัดมีสีคล้ำหรือมีโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนอย่างเห็นได้ชัด ความเร็วในการตัดของคุณอาจช้าเกินไปหรือพลังงานสูงเกินไป จนทำให้วัสดุได้รับความร้อนมากเกินไป ควรปรับค่าความเร็วให้สูงที่สุดเท่าที่ยังสามารถตัดได้อย่างสะอาด การตัดที่เร็วกว่าและ "เย็นกว่า" จะลดผลกระทบจากความร้อน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งหากคุณวางแผนจะชุบอะโนไดซ์ชิ้นงาน

การประมวลผลหลังการผลิตและการตกแต่ง

ชิ้นงานที่ตัดด้วยเลเซอร์มักไม่ใช่ขั้นตอนสุดท้าย โดยปกติแล้วขั้นตอนต่อไปจะเป็นดังนี้

ขั้นตอนแรก คือ การลบคม: แม้การตัดที่ดีก็อาจยังมีครีบเล็กๆ เกิดขึ้น ให้ใช้แผ่นขัดละเอียดหรือเครื่องขจัดครีบแบบสั่นสะเทือนผ่านอย่างรวดเร็ว เพื่อทำความสะอาดและทำให้ผิวเรียบเนียนสมบูรณ์

สำหรับการตกแต่งผิว การตัดด้วยเลเซอร์สามารถทำผิวแบบขัดหยาบหรือผิวมันได้ดี เทคนิคพ่นทรายก่อนชุบออกซิไดซ์จะให้ลักษณะผิวเรียบเนียนสม่ำเสมอยิ่งขึ้น

ที่สำคัญที่สุด หากคุณวางแผนจะชุบออกซิไดซ์ชิ้นงานของคุณ: ขอบที่ตัดด้วยเลเซอร์จะมีชั้นออกไซด์บางๆ ที่ไม่มีโครงสร้างผลึก ซึ่งอาจรบกวนกระบวนการชุบออกซิไดซ์ ทำให้เกิดลักษณะด่างไม่สม่ำเสมอ ควรระบุเสมอว่าต้องทำความสะอาดขอบด้วยสารเคมีหรือกัดกร่อนเบาๆ ก่อนชุบออกซิไดซ์ ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญที่ร้านบริการหลายแห่งมักมองข้าม

คำถามที่พบบ่อย: คำตอบรวดเร็วสำหรับคำถามยอดนิยม

1. ความหนาสูงสุดที่สามารถตัดด้วยเลเซอร์สำหรับอลูมิเนียมคือเท่าใด

ด้วยเครื่องเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงรุ่นใหม่ (6-12 กิโลวัตต์) การตัดที่ความหนาถึง 25 มม. เป็นไปได้ทางเทคนิค อย่างไรก็ตาม เพื่อผลลัพธ์ที่ปราศจากการเกาะตัวของสะเก็ดเหล็ก (dross) และมีค่าความคลาดเคลื่อนที่ดี เราขอแนะนำความหนาสูงสุดที่ 12 มม. สำหรับเกรด 5052 และ 10 มม. สำหรับเกรด 6061 หากเกินความหนาดังกล่าว การตัดด้วยเจ็ทน้ำหรือการกัดด้วยเครื่องมิลลิ่งจะให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้มากกว่า

2. การตัดด้วยเลเซอร์มีผลต่อความแข็งของโลหะผสมอลูมิเนียม เช่น เกรด T6 หรือไม่

ใช่ แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงเฉพาะที่มาก พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (Heat-Affected Zone) โดยทั่วไปจะลึกเพียง 0.1-0.3 มม. จากขอบตัด สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ ไม่ทำให้ชิ้นส่วนเสียสมรรถนะ อย่างไรก็ตาม หากขอบตัดมีความสำคัญทางโครงสร้าง อาจใช้กระบวนการกลึงเบาๆ เพื่อกำจัดพื้นที่ HAZ ออกได้

3. คุณสามารถตัดอลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการอโนไดซ์ด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่

ได้ แต่ต้องระมัดระวัง เนื่องจากชั้นอโนไดซ์ที่มีสีจะดูดซับเลเซอร์แตกต่างออกไป ควรทำการตัดทดสอบก่อนเสมอ คุณอาจจำเป็นต้องปรับค่าพารามิเตอร์ และขอบที่ตัดจะแสดงแถบบางๆ ของอลูมิเนียมดิบ นอกจากนี้ บริเวณอโนไดซ์ใกล้กับรอยตัดอาจเกิดการเปลี่ยนสีเล็กน้อยจากความร้อน

4. ฉันจะขอใบเสนอราคาที่แม่นยำสำหรับชิ้นส่วนอลูมิเนียมที่ตัดด้วยเลเซอร์ได้อย่างไร

ให้ข้อมูลสำคัญ 4 รายการแก่ผู้จำหน่าย: ชนิดและขนาดความหนาของวัสดุที่ใช้ (เช่น 6061-T6, 3 มม.) ไฟล์เวกเตอร์รูปแบบ DXF หรือ DWG ที่สะอาด จำนวนที่ต้องการ และความต้องการในการแปรรูปเพิ่มเติม เช่น การลบคม หรือการอโนไดซ์

ข้อควรระวัง: พารามิเตอร์ที่กล่าวมานี้มาจากประสบการณ์ของเราที่ใช้กับอุปกรณ์เลเซอร์ไฟเบอร์ IPG โดยเฉพาะ การตั้งค่าที่แท้จริงของคุณอาจจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนตามเครื่องจักร วัสดุชุดผลิต และสภาพแวดล้อมของคุณเสมอ ควรทำการตัดทดสอบทุกครั้งเพื่อกำหนดพารามิเตอร์การผลิตสุดท้าย