อะไรที่ทำให้โลหะหลอมละลายในทันทีและการออกแบบที่ซับซ้อนเกิดขึ้นด้วยความแม่นยำระดับไมครอน? เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์—วิธีการผลิตขั้นสูงที่ผสมผสานความแม่นยำสูง ประสิทธิภาพ และความสามารถรอบด้าน—กำลังแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ มากขึ้น รายงานนี้ให้การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมเกี่ยวกับหลักการประมวลผลด้วยเลเซอร์ ประเภทเลเซอร์ การใช้งาน และภูมิทัศน์การแข่งขัน
การประมวลผลด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงสำหรับการตัด เชื่อม แกะสลัก ทำเครื่องหมาย และเจาะวัสดุ ข้อได้เปรียบหลักอยู่ที่การประมวลผลแบบไม่สัมผัส ซึ่งช่วยลดความเครียด แรงกด และการเสียรูปของวัสดุที่เกี่ยวข้องกับเครื่องมือเชิงกลแบบดั้งเดิม ในขณะเดียวกันก็รับประกันความแม่นยำเป็นพิเศษ นอกจากนี้ ระบบเลเซอร์ยังต้องการวัสดุสิ้นเปลืองและการบำรุงรักษาน้อยที่สุด ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิต
หลักการพื้นฐานเกี่ยวข้องกับอะตอมของวัสดุที่ดูดซับพลังงานเลเซอร์ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงที่สร้างความร้อน เมื่อเกินจุดหลอมเหลวหรือจุดระเหยของวัสดุ การหลอมเหลวหรือการระเหยเฉพาะที่จะเกิดขึ้นทันที เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ก๊าซเสริม (ออกซิเจน ไนโตรเจน หรืออาร์กอน) จะกำจัดวัสดุหลอมเหลวหรือป้องกันพื้นที่ทำงาน ในขณะที่ระบบเก็บฝุ่นจัดการอนุภาค
- แหล่งกำเนิดเลเซอร์: ส่วนประกอบหลักที่สร้างลำแสงเลเซอร์ จัดประเภทตามตัวกลางเป็น CO₂, YAG, ไฟเบอร์ และเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
- เส้นทางแสง: ส่งลำแสงผ่านกระจกหรือใยแก้วนำแสง
- เลนส์โฟกัส: รวมลำแสงให้เป็นจุดขนาดไมครอนโดยใช้เลนส์/ตัวสะท้อนแสงสำหรับการประมวลผลที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง
- ระบบเคลื่อนที่: มอเตอร์เซอร์โวควบคุมด้วย CNC และตัวนำทางที่แม่นยำวางตำแหน่งชิ้นงานหรือหัวเลเซอร์
เลเซอร์กระแสหลักในปัจจุบันแตกต่างกันไปในด้านความยาวคลื่น พลังงาน ความเข้ากันได้ของวัสดุ และการใช้งาน:
ด้วยความยาวคลื่น 10.6μm เลเซอร์ CO₂ ทำได้ดีในการประมวลผลวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ (ไม้ อะคริลิก สิ่งทอ) ในช่วงพลังงานตั้งแต่วัตต์ถึงกิโลวัตต์ ความคุ้มค่าทำให้เหมาะสำหรับระบบระดับเริ่มต้น
เลเซอร์ YAG ที่ทำงานที่ 1.06μm เหมาะสำหรับโลหะ (สแตนเลส อะลูมิเนียม ทองแดง) ที่มีคุณภาพลำแสงเหนือกว่าเพื่อรายละเอียดที่ดีกว่า อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพพลังงานที่ต่ำกว่าและการบำรุงรักษาที่สูงกว่าจำกัดความสามารถในการแข่งขัน
เลเซอร์ไฟเบอร์ 1.06μm ทำได้ดีกว่ารุ่น YAG ในด้านคุณภาพลำแสง ประสิทธิภาพ (30%+) และอายุการใช้งาน การออกแบบที่กะทัดรัดช่วยอำนวยความสะดวกในการรวมระบบอัตโนมัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะสะท้อนแสง (ทองคำ ทองแดง) เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังแทนที่ระบบ YAG
เลเซอร์ขนาดกะทัดรัดและราคาประหยัดเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานในปัจจุบันให้บริการแอปพลิเคชันพลังงานต่ำกว่า (การทำเครื่องหมาย การวัด) ความก้าวหน้าด้านพลังงานอย่างต่อเนื่องอาจขยายบทบาทในอุตสาหกรรม
ความสามารถเฉพาะตัวของเทคโนโลยีเลเซอร์ขับเคลื่อนการนำไปใช้ในทุกภาคส่วน:
การเชื่อมด้วยเลเซอร์ประกอบแผงตัวถัง (หลังคา แชสซี); การตัดผลิตส่วนประกอบภายใน; การทำเครื่องหมายติดตามชิ้นส่วนด้วยตัวระบุ
การตัดที่แม่นยำผลิต PCB; การเชื่อมต่อไมโครคอมโพเนนต์; การทำเครื่องหมายฉลาก IC ด้วยรหัสการตรวจสอบย้อนกลับ
การตัดที่มีความแข็งแรงสูงสร้างส่วนประกอบโครงเครื่องบิน; การเชื่อมต่อองค์ประกอบโครงสร้าง; การทำเครื่องหมายช่วยให้มั่นใจได้ถึงการตรวจสอบย้อนกลับของชิ้นส่วน
การตัดสร้างสเตนท์และเครื่องมือผ่าตัด; การเชื่อมประกอบเครื่องมือที่ละเอียดอ่อน; การทำเครื่องหมายเป็นไปตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ
การแกะสลักปรับแต่งอุปกรณ์เสริม; การออกแบบการตัดเสื้อผ้า; การทำเครื่องหมายผลิตภัณฑ์แบรนด์ด้วยโลโก้และบาร์โค้ด
ตลาดอุปกรณ์เลเซอร์ทั่วโลกมีการแข่งขันที่รุนแรง:
Trumpf, Coherent และ IPG Photonics ครองตลาดด้วยกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมและความเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยี โดยให้บริการอุตสาหกรรมทั่วโลก
บริษัทจีนอย่าง Han's Laser, HG Tech และ Raycus ได้รับแรงผลักดันผ่านข้อเสนอที่แข่งขันด้านต้นทุน โดยได้รับส่วนแบ่งการตลาดที่เพิ่มขึ้น
ผู้ผลิตเฉพาะกลุ่มมุ่งเน้นไปที่การใช้งานหรือประเภทเลเซอร์เฉพาะ โดยสร้างความแตกต่างผ่านโซลูชันที่ปรับแต่ง
เมื่อเทคโนโลยีเลเซอร์ก้าวหน้าในด้านความแม่นยำ ความเร็ว และความสามารถในการจ่ายได้ รอยเท้าในอุตสาหกรรมจะขยายตัว แนวโน้มที่เกิดขึ้นใหม่ ได้แก่ ระบบอัตโนมัติอัจฉริยะ การประมวลผลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และระบบการผลิตแบบไฮบริด ซึ่งวางตำแหน่งเทคโนโลยีเลเซอร์ให้เป็นรากฐานของการเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรม 4.0