fbpx

ระบบการทำงานของเครื่องตัดเลเซอร์ (CO2)

ระบบการทำงานของเครื่องตัดเลเซอร์ (CO2)

    สวัสดีเพื่อนๆชาว Prind3dd ทุกคนครับ วันนี้มีเกล็ดความรู้เกี่ยวกับเครื่องเลเซอร์ระบบแบบท่อแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (Co2) มาแบ่งปันกันครับ ซึ่งจะเกี่ยวกับหลักการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ภายในเครื่อง รวมไปถึงระบบต่างๆที่ใช้ในเครื่องเลเซอร์ครับ เราไปเริ่มกันเลยครับ !!

ระบบการทำงานของเครื่องตัดเลเซอร์

1.ระบบควบคุมและสมองกลของเครื่องตัดเลเซอร์

ทำหน้าที่ควบคุมตำแหน่งการตัดหรือแกะสลัก รวมถึงควบคุมกำลังของเลเซอร์ โดยการรับเข้าข้อมูลจากโปรแกรมคอมพิวเตอร์หรือแหล่งคำสั่งภายนอกอื่น ๆ

2.ระบบกำเนิดแสงแลเซอร์

เป็นระบบกำเนิดแสงเลเซอร์กำลังสูงปานกลางในช่วง 30 – 100 วัตต์ โดยเป็นเลเซอร์ในย่านแสงอินฟราเรด โดยแสดงจะถูกกำเนิดจากหลอดเลเซอร์ชนิด CO2

3.ระบบกระจก

เป็นระบบสะท้อนลำแสงเลเซอร์จากหลอดเซอร์มายังหัวตัด ก่อนจะสะท้อนต่อไปยังวัสดุ โดยกระจกต้องเป็นกระจกคุณภาพดีที่ไม่ดูดซับแสง สามารถทนต่อกำลังของเลเซอร์ได้

4.ระบบขับเคลื่อนหัวตัด

ส่วนใหญ่เป็นระบบมอเตอร์ไฟฟ้าแบบ Stepping Motor ทำหน้าที่ควบคุมหัวตัดไปยังตำแหน่งทีต้องการตัดตามการโปรแกรมจากระบบควบคุม

5.ระบบหล่อเย็น

เป็นระบบหล่อเย็นด้วยน้ำ ทำงานโดยใช้เครื่องหล่อเย็นด้วยน้ำ โดยทำหน้าที่ในการลดความร้อนของหลอดเลเซอร์ในขณะใช้งาน

4.ระบบลม 

ระบบลมแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนที่ทำหน้าที่ในการดูดควันจากพื้นที่ตัดออกไปยังบริเวณนอกห้อง และระบบเป่าลมที่หัวเลเซอร์เพื่อดับไฟจากการเผาไหม้

แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์แบบท่อแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (Co2)

แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์แบบ Co2 เป็นแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดแบบหนึ่งเนื่องจากมีราคาถูก เช่น หลอด Co2 ขนาด 60W จะมีราคาน้อยกว่า 1 หมื่นบาทเท่านั้น อีกทั้งหลอด Co2 สามารถให้กำลังของลำแสงเลเซอร์ได้สูงมากตั้งแต่ 30W ไปจนถึง 300W ได้

โดยแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์แบบท่อก๊าซ Co2 นั้นโดยทั่วไปจะมีลักษณะเป็นท่อแก้วเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50mm ถึง 90mm ยาวประมาณ 700mm ถึง 2,000mm โดยขึ้นอยู่กับกำลังงานของเลเซอร์ ภายในบรรจุก๊าซฮีเลียม 77% ก๊าซไนโตรเจน 13.5% และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 9.5% โดยการกำเนิดลำแสงเลเซอร์สามารถทำได้โดยป้อนไฟฟ้าแรงสูง 20 กิโลโวลต์ไปจนถึง 50 กิโลโวลต์เข้าไปยังขั้วไฟฟ้าของหลอด ทำให้พลังงานไฟฟ้าไปกระตุ้นให้ก๊าซภายในหลอดปล่อยลำแสงเลเซอร์ออกมาที่ความยาวคลื่น 10.6 ไมโครเมตรหรือในย่านแสงอินฟราเรด ไปสะท้อนกับกระจกภายใน และปล่อยลำแสงออกมาที่ปลายหลอดอีกด้านหนึ่ง

โดยระหว่างการทำงานตัวหลอดจะเกิดความร้อนสูงมาก และจำเป็นจะต้องมีการปั๊มน้ำหล่อเย็นเข้าไปภายในหลอดผ่านทางท่อเข้าของน้ำ และท่อออกของน้ำที่ขั้วหลอดเพื่อป้องกันความเสียหาย และเพิ่มประสิทธิภาพการกำเนิดแสงเลเซอร์

หลอดเลเซอร์ชนิด Co2

ระบบกระจกและเลนส์

1) การทำงานของกระจกและเลนส์

ตามที่ได้กล่าวถึงในหัวข้อก่อนหน้าถึงระบบกำเนิดแสงเลเซอร์ด้วยหลอดก๊าซ Co2 ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดที่มีขนาดใหญ่และทำให้ต้องติดตั้งอยู่ด้านหลังเครื่องเลเซอร์ ฉะนั้นการนำเอาแสงเลเซอร์มาใช้งานจึงต้องมีการใช้กระจกสะท้อนลำแสงเลเซอร์จากด้านหลังเครื่องมายังหัวตัดเลเซอร์ และใช้เลนส์ในการรวมแสงเพื่อให้ขนาดเล็กลงและคมขึ้น

ซึ่งในเครื่องตัดเลเซอร์ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดกลางนั้น จะมีลักษณะการใช้กระจกทั้งหมด 3 ชิ้น (ดังแสดงเป็นสัญลักษณ์ A ในภาพ) และเลนส์ 1 ชิ้น (ดังแสดงเป็นสัญลักษณ์ B ในภาพ) โดยตัวกระจกเองจะต้องสามารถสะท้อนแสงได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่มีการกระเจิงของแสง และกระจกจะต้องทนต่อกำลังของแสงเลเซอร์ได้ หลังจากนั้นลำแสงจะถูกทำให้เล็กลงกว่าแหล่งกำเนิดแสงอีกต่อหนึ่งด้วยเลนส์ภายในหัวยิงเลเซอร์

ระบบการสะท้อนกระจกของเครื่องเลเซอร์

2) การเสื่อมสภาพของกระจก

กระจกสะท้อน Laser เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องตัดเลเซอร์เป็นอย่างมาก เนื่องจากเป็นตัวกลางในการส่งต่อพลังงานจากแหล่งกำเนิดลำแสงเลเซอร์ที่อยู่ด้านหลังเครื่องมายังหัวยิงเลเซอร์ ซึ่งกระจกจะต้องไม่ดูดซับแสงเลเซอร์ไว้ และจะต้องไม่ทำให้ลำแสงเกิดจากกระจายหรือกระเจิงออก จึงต้องมีพื้นผิวมันวาว

แต่เนื่องจากกระจกสะท้อนแสงเลเซอร์จะต้องเผชิญกับพลังงานของเลเซอร์โดยตรงตลอดระยะเวลาการใช้งานทำให้เกิดอุณหภูมิสูง และเกิดความเสียหายทีละน้อย ๆ จนในที่สุดกระจกสะท้อนเลเซอร์จะเสื่อมสภาพจนใช้งานไม่ได้ในที่สุดดังเช่นภาพด้านล่างนี้แสดงให้เห็นถึงกระจกสะท้อนเลเซอร์ชนิด Si ที่ผ่านการใช้งานในห้อง STEM Lab มานาน 1 ปี จนผิวทองคำที่เคลือบกระจกไว้ลอกออกไปจนหมด และมีการเปลี่ยนสีของกระจกจนไม่สามารถใช้งานเครื่องตัดเลเซอร์ได้อีกต่อไป

3) อาการของกระจกสะท้อนเลเซอร์เสื่อมสภาพ

การเสื่อมสภาพของกระจกสะท้อนแสงเลเซอร์สามารถสังเกตได้จากคุณภาพพื้นผิวที่เปลี่ยนไปของกระจก โดยมักจะมีสีที่ขุ่นลง หรือมีการลอกตัวของพื้นผิวเป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตได้จากคุณภาพของชิ้นงานที่มีขนาดของเส้นตัดที่ใหญ่มากขึ้นดังแสดงในภาพที่ 19 ตัดขาดได้ยาก หรือไม่สามารถตัดให้ขาดได้เลยซึ่งเกิดจากกระจกมีการกระเจิงของแสง และไม่สามารถรวมแสงให้เป็นจุดเดียวกันได้ ดังภาพ

อาการของกระจกเสื่อมสภาพ

แนวทางแก้ไขในเบื้องต้นสามารถทำได้โดยการถอดชิ้นส่วนของกระจกออกมาทำการตรวจสภาพของพื้นผิวให้มั่นใจได้ว่ามีการเสื่อมสภาพจริง หรือเกิดจากความสกปรกจนเกินไป โดยหลังจากตรวจภาพจนแน่ใจแล้ว ให้วัดขนาดของกระจกชนิดเก่าว่ามีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่าใด และมีความหนาเท่าใด เพื่อสั่งซื้อกระจกชุดใหม่ต่อไป ซึ่งโดยทั่วไปแล้วกระจก 1 ชิ้นจะมีอายุการใช้งานราว 6 เดือนสำหรับกระจกชนิด K9 หรือ 1 ปี สำหรับกระจกชนิด Si และ 3 ปีสำหรับกระจกชนิด Mo และ Cu ซึ่งการเปลี่ยนอะไหล่กระจกแต่ละครั้งจะใช้งบประมาณราว 2,000 ถึง 5,000 บาท

ระบบเป่าลม

1) ระบบปั๊มลม

ระบบเป่าลมจะเป็นปั๊มที่เชื่อมต่อไปติดตั้งหัวเลเซอร์เพื่อดับไฟจากการเผาไหม้ ซึ่งมีความสำคัญมากในการป้องกันอันตรายจากไฟไหม้ที่อาจเกิดขึ้นได้

ระบบลมในเครื่องเลเซอร์
ชิ้นงานไฟลุก เพราะไม่มีลมไปเป่าชิ้นงาน
นำมาซึ่งความเสียหายรุนแรงได้ ถ้าหากไม่ได้ต่อท่อลม

ในกรณีที่ไม่มีการติดตั้งหรือระบบปั๊มลมใช้งานได้ไม่ดี จะมีโอกาสที่ชิ้นงานจะเกิดการติดไฟและก่อให้เกิดความเสียหายได้ ดังแสดงตัวอย่างในภาพ ดังนั้นผู้ใช้จะต้องเฝ้าระวังกรณีที่ปั๊มลมทำงานผิดปรกติให้ดี  ซึ่งอาจจะเกิดจากสายหลุดหรือระบบเป่าลมขัดข้อง จะต้องทำการสั่งหยุดเครื่องและตรวจสอบระบบให้เรียบร้อย

ผลจากการไม่ใช้ลมในการเป่าชิ้นงาน

2) การป้องกันเพลิงไหม้
    ในกรณีที่เกิดไฟลุกขึ้นที่วัสดุและเครื่องตัดเลเซอร์ ให้พยายามเป่าเพื่อให้ไฟดับ แต่หากไม่สามารถดับได้ ให้ทำการปิดระบบไฟฟ้าทั้งหมดของเครื่องตัดเลเซอร์ก่อน และใช้ถังดับเพลิงฉีดพ่น หากไม่ทำการปิดระบบจะไม่สามารถดับไฟได้เนื่องจากระบบดูดควันจะทำงานและจะดูดสารดับไฟออกไปเช่นกัน

ใช้ถังดับเพลิงฉีดพ่น หากไม่สามารถควบคุมไฟลุกได้

Credit : https://fablabthailand.com/