ในบทความนี้จะพูดถึงหลักงานทำงานของหัวตัดเลเซอร์ และส่วนประกอบหลักในหัวตัดเลเซอร์ เช่น Nozzle, Focus lens และ Protection lens
1. หลักการทำงานของหัวตัดเลเซอร์
หลักการทำงานของหัวตัดเลเซอร์จะทำงานโดยการรวบรวมแสงเลเซอร์ที่ถูกส่งมาจากเครื่องกำเนิดแสงเลเซอร์ไว้ที่จุดโฟกัสแล้วจึงเปลี่ยนแสงนั้นเป็นพลังงานความร้อนไปที่วัสดุต่างๆที่ต้องการ เพื่อที่จะทำให้วัสดุนั้นๆถูกหลอมละลายและขาดออกจากกัน
ดังนั้นการตัดเหล็ก หรือสแตนเลสด้วยเลเซอร์นั้นมีปัจจัยหลายอย่างที่ซับซ้อนมาก เช่น ความหนาของวัสดุที่ต้องการตัด, กำลังของเครื่องตัดเลเซอร์ไฟเบอร์, ความเร็วในการตัดเลเซอร์, ชนิดของหัว nozzle และความสูงของหัว nozzle ที่ใช้ รวมไปถึงชนิดของแก๊สที่ใช้ตัด และแรงดันของแก๊สชนิดนั้น
2. ส่วนประกอบของหัวตัดเลเซอร์
หัวตัดเลเซอร์ คือ อุปกรณ์ที่ใช้ในการตัดชิ้นงานต่างๆของเครื่องตัดไฟเบอร์เลเซอร์ ซึ่งมีส่วนประกอบหลักๆ ดังต่อไปนี้
Nozzle คือ อุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมในการปล่อยแก๊สต่างๆ เช่น ออกซิเจน (o2) ไนโตรเจน (N2) ให้ตัดชิ้นงานได้มีประสิทธิภาพตามที่ต้องการ ซึ่งจะมีลักษณะเป็นทรงกรวยมีรูตรงกลางเพื่อให้ลำแสงเลเซอร์ และแก๊สผ่านไปยังชิ้นงานที่ต้องการตัด จะแบ่งเป็น 2 ประเภทหลักๆดังนี้Single-layer nozzle
Single-layer nozzle จะมีลักษณะวงในชั้นเดียว ใช้กับแก๊สไนโตรเจน (N2) หรือ ลม (Air) ส่วนมากจะใช้ในการตัดสแตนเลส อลูมิเนียม และทองแดง ซึ่งขนาดของรูจะมีขนาดที่แตกต่างกัน (รูขนาดเล็ก – ใหญ่) ดังนั้นต้องเลือกใช้ให้เหมาะกับความหนาของวัสดุที่ต้องการตัด ยิ่งวัสดุมีความหนาควรที่จะเลือกหัว nozzle ที่มีรูขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อที่จะให้ตัดชิ้นงานได้สวยงาม และคุณภาพที่ดียิ่งขึ้น
Double-layer nozzle จะมีรูปทรงที่คล้ายกับแบบ Single-layer nozzle แตกต่างกันที่จะมีวงใน 2 ชั้น เหมาะกับการใช้ตัดงานเหล็ก ทองเหลือง ด้วยการใช้แก๊สออกซิเจน (O2) ซึ่งมีหลักการเดียวกับ single-layer โดยจะมีขนาดของรูตั้งแต่เล็ก – ใหญ่ เช่นเดียวกัน โดยส่วนมากวัสดุของหัว nozzle จะทำจากทองเหลือง ชุบด้วยนิเกิล หรือโครเมียม
Focus lens คือ จุดที่ให้ลำแสงเลเซอร์รวมตัวกัน ให้มีความหนาแน่ของลำแสงมากที่สุดเพื่อใช้ในการตัดเหล็ก และตัดวัสดุอื่นๆตามที่ต้องการ ตัวของ Focus lens จะทำให้เกิดระยะ Focal position ซึ่งก็คือ ระยะทางของจุดรวมแสง กับระยะพื้นผิวงานที่ต้องการตัด ซึ่งวัสดุแต่ละประเภทจะมี ระยะ Focus ที่แตกต่างกันดังนี้
Protection lens คือ เลนส์ที่มีหน้าที่ปกป้องวัตถุที่ไม่พึงประสงค์กระเด็นเข้าไปทำให้เกิดความเสียหายต่อหัวตัดเลเซอร์ไฟเบอร์ ซึ่งเป็นอีกหนึ่งส่วนที่มีความสำคัญในการตัดเหล็กด้วยเลเซอร์ หรือตัดสแตนเลส เนื่องจากสภาพของ protection lens มีผลกระทบต่อคุณภาพการตัดในชิ้นงานนั้นๆด้วย ถ้าเกิด protection lens มีความสกปรก หรือมีสิ่งแปลกปลอมติดอยู่ที่เลนส์ จะทำให้ลำแสงเลเซอร์ที่ออกมาจากหัวตัดส่งผ่านไปที่หัว nozzle ไม่ได้ตรงศูนย์กลางรูทำให้เกิดการหักเหของลำแสงเลเซอร์ดังนั้น ผิวของชิ้นงานอาจจะมีคุณภาพไม่ดีตามที่ต้องการ หรือตัดเหล็กไม่ขาดได้อีกด้วย อีกทั้ง protection lens ยังป้องกันขี้เหล็ก หรือน้ำเหล็กกระเด็นย้อนกับเข้าไปโดนหัวตัดเลเซอร์ได้อีกด้วย
3. แสงเลเซอร์มีผลต่อคุณภาพการตัดเหล็กอย่างไร
ปัจจัยสำคัญในการตัดเหล็กด้วยเลเซอร์มีด้วยกันหลายข้อ ซึ่งลำแสงของเลเซอร์ถือได้ว่าเป็นปัจจัยหลักของการตัดเหล็กด้วยเลเซอร์ให้สวย ดังนั้นทางเราจะมาเล่าให้ฟัง
ลำแสงเลเซอร์ที่จะใช้ตัดชิ้นงานที่วิ่งผ่าน focus lens นั้นควรที่จะมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเล็กได้เพื่อที่จะทำให้แสงเลเซอร์ถูกรวมกับที่จุดเดียว และทำให้เกิดพลังงานในการตัดเหล็กได้มีประสิทธิภาพมากที่สุด แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นขึ้นกับความหนาของวัสดุที่ต้องการตัดด้วย
ในการตัดเหล็ก หรือตัดสแตนเลสด้วยเลเซอร์ที่มีความหนาไม่มากนัก ควรปรับความยาวของ focal length ให้สั้นๆ เพื่อที่จะให้ลำแสงเลเซอร์ได้รวมตัวกันอย่างหนาแน่น ทำให้ตัดชิ้นงานได้สวยขึ้น ส่วนการตัดเลเซอร์เหล็กหนา focal length จะต้องยาวขึ้นถึงจะตัดเหล็กหนาได้คุณภาพที่ดีกว่า
นอกจากคุณภาพของลำแสงเลเซอร์ แล้วกำลังวัตต์ของเครื่องตัดเลเซอร์ก็มีส่วนที่ทำให้การตัดชิ้นงานนั้นมีความสวยงามด้วยเช่นเดียวกัน ยิ่งเครื่องตัดเลเซอร์ที่มีกำลังวัตต์สูงมากเท่าไหร่ก็จะสามารถตัดเลเซอร์ได้หนาขึ้น และใช้ระยะเวลาในการตัดที่น้อยลงทำให้ต้นทุนในการตัดเหล็ก หรือตัดสแตนเลสลดลง
ในส่วนของภาพด้านล่างนี้แสดงให้เห็นว่ากำลังวัตต์ของเครื่องตัดเลเซอร์ไฟเบอร์มีไม่พอจะทำให้ตัดเหล็กไม่ขาด (a), ผิวข้างล่างที่ตัดมีขี้ หรือน้ำเหล็กติดอยู่จำนวนมาก (b), และในภาพ c ผิวของงานจะมีเรียบ และไม่มีความมันวาว และมีขี้เหล็กติดอยู่