การใช้เครื่องจักรด้วยเลเซอร์ของแผ่นอะคริลิกคืออะไร

เมื่อพูดถึงการตัดแผ่นอะคริลิก โดยทั่วไปแล้ว เลเซอร์ CO2 ถือเป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพและคุ้มต้นทุน- หากมีการใช้งานที่เหมาะสม สำหรับงานที่เกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนขนาดเล็กและซับซ้อนที่ต้องการมุมภายในที่สะอาดและคมชัด หรือสำหรับชิ้นส่วนทุกขนาดที่ต้องการพิกัดความเผื่อในการตัดที่แน่นกว่า 0.005 นิ้วต่อฟุต เลเซอร์มักเป็นเครื่องมือที่ดีที่สุดสำหรับงาน สาเหตุหลักประการหนึ่งก็คือ การตัดด้วยเลเซอร์ทำให้เกิดรอยตัดที่แคบมาก ซึ่งปกติแล้วจะอยู่ระหว่าง 0.010 ถึง 0.020 นิ้ว นอกจากนี้ ยังให้ความยืดหยุ่นอย่างมากในด้านรูปร่างและขนาด และที่สำคัญที่สุดคือทำให้ขอบมันเงา-ปราศจากฝุ่น เนื่องจากปัจจัยเหล่านี้ จึงเป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ สำหรับแอปพลิเคชันคุณภาพสูง-จำนวนมาก

Equipment Overview

โดยพื้นฐานแล้ว เลเซอร์ CO2 ทำงานโดยการปล่อยลำแสงที่ขนานกัน แสงนี้มีความยาวคลื่นจำเพาะ 10.6 ไมครอน เป็นที่น่าสังเกตว่าความยาวคลื่นนี้ถูกดูดซับได้ดีมากโดยวัสดุที่ไม่ใช่-โลหะ เมื่อลำแสงหรือพลังงานนี้ถูกโฟกัสผ่านเลนส์จนถึงจุดเล็กๆ มันจะระเหยวัสดุที่อยู่ในเส้นทางของมันออกไป

ในแง่ของการกำหนดค่าเครื่องจักร ลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสสามารถรักษาให้อยู่กับที่บนตารางกำหนดตำแหน่ง X-Y อีกทางหนึ่ง มันสามารถวางบนพื้นผิวที่อยู่กับที่โดยใช้สิ่งที่เป็นที่รู้จักในอุตสาหกรรมในรูปแบบ "หัวบิน" หากต้องการอธิบายการตั้งค่าหัวพ่นแบบง่ายๆ ก็คือ ลำแสงเลเซอร์จะเคลื่อนที่เหนือชิ้นงานไปตามแกนหนึ่งหรือสองแกนผ่านระบบกระจกและอุปกรณ์กำหนดตำแหน่งทางกล ตัวควบคุม พีซี และซอฟต์แวร์ที่ใช้จัดการตำแหน่งของทั้งเลเซอร์และงานนั้น จริงๆ แล้วคล้ายคลึงกับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่พบในอุปกรณ์เครื่องจักรกลซีเอ็นซีอื่นๆ มาก ดังนั้น การออกแบบและการใช้งานเครื่องตัดเลเซอร์จึงไม่ยากไปกว่าการทำงานกับเครื่อง CNC มาตรฐานอื่นๆ

เมื่อคุณตั้งค่าเพื่อตัดอะคริลิกด้วยเลเซอร์ มีตัวแปรหลักสามประการที่คุณต้องคำนึงถึง แต่ละสิ่งเหล่านี้จะส่งผลต่อทั้งคุณภาพของการตัดและระดับความเค้นที่เกิดขึ้นในวัสดุ ตัวแปรเหล่านี้คือ:

พลังของเลเซอร์
อัตราการป้อน
อัตราชีพจร

การตั้งค่าทั้งหมดนี้สามารถปรับได้เพื่อรองรับวัสดุประเภทต่างๆ ความหนาที่แตกต่างกัน และการตกแต่งขอบที่ต้องการ สำหรับการตัดแผ่นอะคริลิก สามารถใช้หน่วยเลเซอร์ขนาดเล็กเพียง 40 วัตต์สำหรับความหนาสูงสุดประมาณ ¼ นิ้ว อย่างไรก็ตาม หากคุณต้องการได้คุณภาพคมตัดที่ดีด้วยเลเซอร์ที่มีขนาดเล็กลงเช่นนี้ คุณจะต้องลดอัตราการป้อนลงเหลือประมาณ 20 นิ้วต่อนาที

ในทางกลับกัน สำหรับแผ่นที่หนาขึ้น หรือหากคุณต้องการอัตราการป้อนที่เร็วกว่า ก็จำเป็นต้องใช้ระบบเลเซอร์ที่ใหญ่กว่า ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ขนาด 180 วัตต์ โดยทั่วไปจะให้การตัดแผ่นอะคริลิกที่มีความหนาส่วนใหญ่ได้อย่างรวดเร็วและประหยัดในขณะที่ใช้กำลังเพียงประมาณ 75% เท่านั้น เครื่องจักรที่มีกำลังไฟสูงกว่าในช่วง 500 ถึง 1000 วัตต์ ให้อัตราการป้อนที่สูงกว่ามากและยังอนุญาตให้ใช้หัวตัดหลายตัวพร้อมกันได้

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

โดยทั่วไปจะสังเกตได้ว่าการเพิ่มกำลังเลเซอร์ที่อัตราการป้อนเฉพาะจะส่งผลให้ได้ผิวเคลือบมันเงามากขึ้น อย่างไรก็ตามข้อเสียคือสิ่งนี้จะเพิ่มระดับความเค้นภายในขอบของแผ่นงานด้วย ในทางกลับกัน การใช้อัตราการป้อนที่เร็วกว่ารวมกับอัตราพัลส์ที่เร็วขึ้น โดยทั่วไปแล้วจะทำให้ได้คมตัดที่มีความเค้นน้อยกว่า แม้ว่าพื้นผิวจะมีความมันน้อยกว่าก็ตาม

เกี่ยวกับอัตราชีพจร (ซึ่งวัดเป็นพัลส์ต่อวินาทีหรือ pps) นี่เป็นเพียงอัตราที่เลเซอร์ "ยิง" สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าจริงๆ แล้วลำแสงเลเซอร์นั้นเป็นชุดของการระเบิดหรือพัลส์เล็กๆ แทนที่จะเป็นกระแสต่อเนื่องกัน คุณสามารถควบคุมอัตราชีพจรได้สองวิธีหลัก: สัดส่วนกับเวลา หรือสัดส่วนกับระยะทางที่เดินทาง

แม้ว่าวิธีการทำให้อัตราชีพจรเป็นสัดส่วนกับเวลาจะเป็นวิธีที่พบได้ทั่วไปมากกว่าและตั้งโปรแกรมได้ง่ายกว่าตั้งแต่เริ่มต้น แต่วิธีนี้มักจะทำให้มุมด้านในไหม้ได้ สาเหตุก็คือตัวควบคุม X-Y โดยปกติแล้วจะใช้เวลาในการนำทางนานกว่าการเดินทางเป็นเส้นตรง เป็นผลให้มุม-โดยเฉพาะด้านใน-มีแนวโน้มที่จะดูดซับพลังงานมากเกินไป ทำให้มุมต่างๆ ละลายและเกิดความเครียด-มากเกินไป นี่เป็นจุดสำคัญที่ควรพิจารณาเมื่อตัดวัสดุที่มีรอยบาก- เช่น อะคริลิกและโพลีคาร์บอเนต มุมด้านในมักเป็นพื้นที่อ่อนที่รับน้ำหนักได้มาก ดังนั้นควรทำทุกอย่างที่เป็นไปได้เพื่อลดความเครียดหรือรอยบากในโซนเหล่านี้

การทำให้อัตราชีพจรเป็นสัดส่วนกับระยะทางที่เดินทางช่วยขจัดปัญหาส่วนใหญ่นี้ เนื่องจากตัวควบคุมจะชะลออัตราการป้อนลงที่มุมโดยอัตโนมัติ อัตราชีพจรก็จะช้าลงเช่นกัน เพื่อให้แน่ใจว่าปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมา ณ จุดใดๆ ตลอดการตัดยังคงที่

ไม่สำคัญว่าคอนโทรลเลอร์ของคุณจะซับซ้อนแค่ไหนหรืออัตราการป้อนจะเร็วแค่ไหน ความเค้นขอบเป็นสิ่งที่จำเป็นต้องพิจารณาในการใช้งานบางอย่างเสมอ เมื่อใดก็ตามที่แผ่นอะคริลิกหรือโพลีคาร์บอเนตถูกให้ความร้อน จะมีโอกาสเกิดความเครียดจากความร้อนได้ ปัญหานี้สำคัญที่สุดเมื่อมีการให้ความร้อนเพียงส่วนหนึ่งของแผ่น ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดด้วยเลเซอร์

ส่วนต่อประสานระหว่างตัวแผ่นที่ไม่ร้อน-กับขอบที่ร้อนเร็วและเย็นเร็วนั้นเสี่ยงต่อการเป็นบ้าได้ง่ายมาก พื้นที่ที่มีความเค้นสูงเหล่านี้สามารถขยายเข้าไปในแผ่นงานได้ประมาณ 0.010 ถึง 0.050 นิ้ว ขึ้นอยู่กับความหนา พื้นที่เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดอาการบ้าได้มากหากสัมผัสกับตัวทำละลายที่เข้ากันไม่ได้หรืออยู่ภายใต้ความเครียดเชิงกลสูง เช่น การดัดงอ

คุณสามารถลดปัญหาความเค้นขอบได้โดยการปรับอัตราการป้อน อัตราชีพจร และกำลัง การใช้กำลังที่ต่ำกว่าและอัตราชีพจรที่ช้าลง รวมกับอัตราการป้อนที่ค่อนข้างเร็ว จะช่วยลดปริมาณพลังงานหรือความร้อนทั้งหมดที่แผ่นดูดซับไว้ ซึ่งจะช่วยลดทั้งขนาดของความเค้นและระยะทางที่ความเค้นแพร่กระจายไปยังแผ่นงาน อย่างไรก็ตาม เราต้องยอมรับว่าสภาวะเหล่านี้จะส่งผลให้ขอบมีความมันเงาน้อยลง ในบางกรณี จริงๆ แล้วอาจเป็นประโยชน์ในการขูดหรือขจัดบริเวณที่ตึงเครียดออกไปทั้งหมด

ระบบเลเซอร์กำลังสูง-ส่วนใหญ่มาพร้อมกับโต๊ะยึดสุญญากาศ-และกระแสก๊าซช่วย ปัจจัยหลายประการนี้อาจส่งผลต่อคุณภาพขั้นสุดท้ายของการตัด: ประเภทของก๊าซที่ใช้ อัตราการไหลของก๊าซนั้น และประสิทธิภาพของโต๊ะสุญญากาศในไอระเหยที่ระบายออก การมีก๊าซไหลผ่านการตัดได้ดี รวมกับสุญญากาศที่มีประสิทธิภาพ ช่วยกำจัดไอที่อาจสร้างความเสียหายให้กับชิ้นงาน ทำให้เกิดเปลวไฟขนาดเล็ก-และไหม้เกรียม หรือทิ้งสิ่งตกค้างที่ไม่ต้องการไว้

Laser Cuttable Masking

ประสิทธิภาพของการมาส์กเป็นอีกหนึ่งข้อพิจารณาที่สำคัญเมื่อเลือกแผ่นอะคริลิกสำหรับการใช้งานเฉพาะของคุณ หากการมาสกิ้งไม่ยึดติดอย่างถูกต้อง ชิ้นส่วนอาจได้รับความเสียหายหรือมีรอยขีดข่วนในระหว่างกระบวนการผลิต และประสิทธิภาพของตัวกระบวนการเองก็อาจส่งผลเสียได้ ในทางกลับกัน หากการมาสก์ออกยากเกินไป จะส่งผลให้ต้องใช้แรงงานเพิ่มขึ้นและมีค่าใช้จ่ายสูงขึ้น การเลือกการมาสกิ้งที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการผลิตเป็นกุญแจสำคัญในการลดปัญหาเหล่านี้

เดิมที การมาสก์กระดาษเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ ข้อดีก็คือ มันจะไม่หลอมติดกับอะคริลิกที่ขอบของการตัด การยึดเกาะที่แข็งแกร่งและสม่ำเสมอช่วยป้องกันไม่ให้การมาสก์หลุดออกระหว่างการหยิบจับและการตัด ซึ่งช่วยปกป้องพื้นผิวอะคริลิกจากก๊าซร้อนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่เกิดจากเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม ขณะนี้การมาสก์โพลีเอทิลีนแบบตัดได้-ด้วยเลเซอร์ก็มีวางจำหน่ายบนแผ่นอะคริลิกแล้วเช่นกัน

สำหรับสถานการณ์ที่ต้องการประสิทธิภาพและผลผลิตสูงสุด คุณสามารถใช้การมาส์กพอลิเอทิลีนแบบมีกาว-สูตรพิเศษได้ การมาสก์ประเภทนี้ถอดออกจากชิ้นส่วนที่เสร็จแล้วได้ง่ายมาก แต่ยังคงให้การยึดเกาะเพียงพอที่จะทนทานต่อการใช้งานทั่วไป แม้ว่าจะไม่ค่อยเป็นปัญหาสำคัญ แต่การมาส์กประเภทนี้อาจยกขึ้นในบริเวณที่เลเซอร์ไม่ทำงานนานเกินไป เนื่องจากมีสูตรกาวที่เบากว่า ซึ่งมักเกิดขึ้นเมื่อเริ่มการตัดหรือระหว่างการตัดที่มีรัศมีแคบมาก คุณสามารถป้องกันการยกนี้ได้อย่างง่ายดายโดยใช้ "ลีด- เข้า" ที่จุดเริ่มต้นของการตัด และลดอัตราชีพจรหรือกำลังเมื่อนำทางทางโค้งที่แคบ

หากคุณต้องการขอบที่สะอาดและสวยงาม ก็มีมาสก์โพลีเอทิลีนชนิดไม่ยึดติด-สูตรพิเศษให้เลือก เนื่องจากการมาส์กแบบมีกาว-ทั้งหมดจะทิ้งสารตกค้างไว้บนขอบที่ตัดเป็นอย่างน้อย จึงสามารถทำให้รูปลักษณ์ที่สวยงามลดลงเล็กน้อย ดังนั้น สำหรับการใช้งานที่ต้องการรูปลักษณ์คุณภาพสูงสุด แนะนำให้ใช้การมาสก์ "แบบตัดด้วยเลเซอร์" แบบไม่-ยึดติด แม้ว่าการมาสก์นี้อาจลอกออกได้ยากกว่าชนิดกาวเล็กน้อย แต่ก็ให้ขอบที่มีคุณภาพสูงกว่าเล็กน้อย และทนทานต่อการยกขอบได้ดีกว่า หากเกิดการยกขึ้น คุณสามารถทำตามขั้นตอนเดียวกันกับที่อธิบายไว้ข้างต้น

อีกประเด็นที่ต้องพิจารณาเกี่ยวกับการมาส์กคือริ้วรอย เพื่อรักษาทัศนวิสัยดั้งเดิมของแผ่น การมาส์ก-โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนพื้นผิวด้านบน-จะต้องไม่มีรอยยับ หากการมาสก์ไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับแผ่นที่จุดตัด ก๊าซร้อนอาจติดอยู่ระหว่างการมาสก์กับแผ่น ซึ่งจะกัดผิวพื้นผิว การกัดเซาะมักจะไม่มีปัญหาน้อยกว่าที่ด้านล่างของแผ่น เนื่องจากตาราง X-Y ส่วนใหญ่ใช้ระบบดูดสูญญากาศ- ซึ่งจะดึงก๊าซร้อนออกไปก่อนที่จะสร้างความเสียหายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เช่นเดียวกับเครื่องจักรที่ทันสมัยอื่นๆ เครื่องตัดเลเซอร์จำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษาเป็นประจำเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพสูงสุด แนวทางปฏิบัติที่ดีในการเก็บบันทึกการตั้งค่ากำลังที่จำเป็นในการตัดวัสดุที่มีความหนาเฉพาะด้วยความเร็วที่กำหนด เมื่อเวลาผ่านไป คุณจะพบว่าจำเป็นต้องเพิ่มการตั้งค่ากำลังหรือความเร็วในการตัดลดลง ซึ่งมักเกิดจากการที่เลนส์เลเซอร์สกปรกหรือหลุดโฟกัส เมื่อเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ คุณภาพของการตัดจะลดลง การบำรุงรักษาตามปกติโดยช่างเทคนิคที่มีคุณสมบัติเหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาประสิทธิภาพและคุณภาพของการตัด

แม้ว่าเลเซอร์จะมีกำลังสูง-และเครื่องมือที่ซับซ้อนอย่างไม่ต้องสงสัย แต่ก็ไม่จำเป็นต้องมีอันตรายมากไปกว่าอุปกรณ์อื่นๆ ของร้านค้า หากมีการติดตั้งและใช้งานอย่างถูกต้อง โดยปกติแล้วแว่นตานิรภัยแบบมาตรฐานจะเพียงพอสำหรับการป้องกันดวงตา อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือแว่นตานิรภัยมาตรฐานบางรุ่นอาจไม่ทึบแสงถึงความยาวคลื่น 10.6 ไมครอน (หมายถึงความหนาแน่นของแสง 5 ที่ 10,600 นาโนเมตร) ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับเลเซอร์เหล่านี้

ตามมาตรฐาน ANSI Z136.1 แว่นตานิรภัยจะต้องมีป้ายกำกับอย่างชัดเจนทั้งความยาวคลื่นและปัจจัยการป้องกันความหนาแน่นของแสง

นอกจากนี้ ระบบไอเสียยังจำเป็นอย่างยิ่งในการขจัดไอระเหยที่อาจเป็นอันตรายที่เกิดขึ้นระหว่างการตัด อาจจำเป็นต้องกรองไอเหล่านี้ก่อนที่จะระบายออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัสดุเฉพาะที่กำลังดำเนินการ เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่นๆ จะต้องมีความรู้ที่ถูกต้องเกี่ยวกับขั้นตอนการทำงานและความปลอดภัยก่อนใช้ระบบตัดด้วยเลเซอร์

Emissions

มีการตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์หลายครั้งโดยนักวิจัยหลายคนที่พยายามระบุปริมาณและประเภทของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากการตัดอะคริลิกด้วยเลเซอร์ แม้จะมีความพยายามทั้งหมดนี้ แต่ก็ยังเป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ที่แน่นอนจาก-ผลิตภัณฑ์และความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ในก๊าซที่ปล่อยออกมาได้อย่างแน่นอน

การปล่อยก๊าซเหล่านี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงพารามิเตอร์เลเซอร์ พารามิเตอร์การประมวลผล ก๊าซปกคลุมที่ใช้ วิธีไอเสีย และองค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอนของอะคริลิกโพลีเมอร์ นอกจากนี้ การศึกษาส่วนใหญ่ไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบของกระดาษป้องกันหรือการมาสก์โพลีเอทิลีน และไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากการเคลือบใดๆ

เมื่ออะคริลิกถูกตัดด้วยเลเซอร์ วัสดุที่สลายตัวส่วนใหญ่จะถูกแปลงกลับเป็นโมโนเมอร์ที่เป็นส่วนประกอบ ในแผ่นอะคริลิกส่วนใหญ่ โมโนเมอร์เหล่านี้ประกอบด้วยเมทิลเมทาคริเลตมากกว่า 90% โดยส่วนที่เหลือเป็นเมทาคริเลต เป็นเรื่องปกติที่ซัพพลายเออร์หลายรายจะใช้เอทิลอะคริเลตในสูตรอะคริลิกของตน

(ควรสังเกตว่า Ethylacrylate ถูกรวมไว้ใน National Toxicity Program ในรายการสารที่อาจคาดว่าจะเป็นสารก่อมะเร็ง ในทำนองเดียวกัน International Agency for Research on Cancer ระบุว่าเอทิลอะคริเลตเป็นสารก่อมะเร็งที่น่าจะเป็น)

ในระหว่างการวิจัยทางวิทยาศาสตร์อิสระที่ดำเนินการโดย Heferkamp, Goede, Engel และ Wittbecker พวกเขาพบว่าในบรรดาพลาสติกที่พวกเขาทดสอบนั้น อะคริลิกให้ผลลัพธ์ในการสร้างละอองลอยต่ำที่สุด (<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

นักวิจัยคนอื่นๆ โดยเฉพาะ Troughton, Sims, Ellwood และ Taylor พบว่านอกจากโมโนเมอร์เมทิลเมทาคริเลตแล้ว ยังมีโทลูอีน เมทิล-2-เมทิล-3 เพนทีเอต ไซลีน ไตรเมทิลเบนซีน และอัลเคนในปริมาณเล็กน้อย สิ่งที่น่าสนใจคือพวกเขาไม่พบ PAH (โพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน) ซึ่งตรงกันข้ามกับการค้นพบก่อนหน้านี้ของ Ball, Kulik และ Tan

ขอแนะนำให้ติดตั้งอุปกรณ์ระบายอากาศที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าพนักงานต้องเผชิญกับความเสี่ยงต่ำกว่าระดับที่ได้รับการควบคุม นอกจากนี้ ควรคำนึงถึงกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมหากคุณกำลังระบายก๊าซภายนอก ผู้ผลิตอุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์มักจะสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการรวบรวมและจัดการการปล่อยเลเซอร์อย่างเหมาะสม