วิธีเลือกเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ให้เหมาะกับการใช้งาน

วิธีเลือกเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ให้เหมาะกับการใช้งาน

ประเด็นสำคัญ

• เริ่มต้นจากวัสดุรองรับ ไม่ใช่จากตัวเครื่อง พอลิเมอร์และชุดสารเติมแต่งที่ผสมอยู่เป็นตัวกำหนดว่าความยาวคลื่นใดจึงจะใช้งานได้จริง
• กำหนดข้อกำหนดของรอยมาร์กให้ชัดเจน ทั้งความคมชัด ความคงทนถาวร เกรดของรหัส และความทนทาน ก่อนเปรียบเทียบผู้จำหน่าย
• เลือกขนาดพื้นที่มาร์ก (field size) ให้พอดีกับชิ้นงาน พื้นที่มาร์กที่ใหญ่เกินจำเป็นจะทำให้จุดโฟกัสโตขึ้นและลดความสามารถในการมาร์กลงโดยไม่แสดงอาการให้เห็นชัด
• ทดสอบรับรองด้วยวัสดุที่ใช้ผลิตจริง รวมถึงปริมาณสารให้สีจริงและเม็ดพลาสติกบดกลับ ก่อนตัดสินใจลงทุน

การเลือกระบบการมาร์กด้วยเลเซอร์เป็นหนึ่งในการตัดสินใจลงทุนที่ส่งผลกระทบมากที่สุดของผู้ผลิต การเลือกผิดพลาดหมายถึงคุณภาพของรอยมาร์กที่ไม่ดี ความไม่เข้ากันกับวัสดุรองรับที่ใช้อยู่ หรือระบบที่ตามอัตราการผลิตไม่ทัน บทความนี้อธิบายตัวแปรสำคัญที่ต้องประเมิน ได้แก่ ชนิดของเลเซอร์ ความยาวคลื่น กำลัง การกำหนดค่าระบบ และการผสานรวมกับซอฟต์แวร์ เพื่อให้ตัดสินใจได้อย่างมั่นใจบนพื้นฐานข้อมูลที่ครบถ้วน

ขั้นที่ 1: กำหนดวัสดุรองรับ

ทุกอย่างเริ่มต้นจากวัสดุที่ต้องมาร์ก ความยาวคลื่นเลเซอร์แต่ละชนิดมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุในลักษณะที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน และไม่มีเลเซอร์ชนิดใดที่มาร์กวัสดุได้ทุกประเภทอย่างเหมาะสมที่สุด

แนวทางโดยทั่วไปมีดังนี้

• ไฟเบอร์เลเซอร์ (1064 nm): เหมาะที่สุดสำหรับโลหะและพลาสติกสีเข้มหรือพลาสติกที่ผสมเม็ดสี ให้ผลดีเยี่ยมกับการอบอ่อนผิว (annealing) สเตนเลส และการมาร์ก ABS ไนลอน และ PP ที่ผสมสารเติมแต่งซึ่งไวต่อเลเซอร์
• เลเซอร์ UV (355 nm): เหมาะอย่างยิ่งสำหรับพลาสติกที่ไวต่อความร้อน แก้ว และงานที่ต้องการความละเอียดของรายละเอียดสูงมาก ความร้อนที่ป้อนเข้าสู่ชิ้นงานต่ำจึงเหมาะกับวัสดุรองรับที่บอบบางซึ่งมีความเสี่ยงต่อความเสียหายจากความร้อน
• เลเซอร์ CO₂ (9.3–10.6 μm): ให้ผลดีเยี่ยมกับวัสดุอินทรีย์ ได้แก่ ไม้ หนัง แก้ว และพลาสติกบางชนิด ไม่ค่อยนิยมใช้กับการมาร์กชิ้นส่วนโลหะในงานอุตสาหกรรมที่ต้องการความแม่นยำสูง
• เลเซอร์สีเขียว (532 nm): มีประโยชน์กับวัสดุที่สะท้อนแสงสูง เช่น ทองแดง ทองคำ และเงิน ซึ่งไฟเบอร์เลเซอร์อาจเกิดการสะท้อนกลับจนเป็นอันตราย

Laser Institute of America มีข้อมูลปฏิสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นกับวัสดุแต่ละประเภทอย่างครบถ้วน

ขั้นที่ 2: กำหนดข้อกำหนดของรอยมาร์ก

รอยมาร์กต้องทำหน้าที่อะไรอย่างชัดเจน คำตอบของคำถามนี้เป็นตัวกำหนดข้อกำหนดด้านกำลัง ความเร็ว และระบบนำลำแสง ดังนี้

• รหัสสำหรับการตรวจสอบย้อนกลับ (QR, Data Matrix, หมายเลขซีเรียล): ต้องการความคมชัดสูง ความละเอียดสูง และรูปทรงเรขาคณิตที่สม่ำเสมอ ใช้เลเซอร์ UV หรือไฟเบอร์เลเซอร์ขึ้นอยู่กับวัสดุ
• โลโก้และภาพกราฟิก: อาจต้องใช้ระบบกัลโวความละเอียดสูงที่ให้ขนาดจุดโฟกัสเล็ก
• การมาร์กพื้นที่ขนาดใหญ่ (แผ่นป้ายชื่อ แผงชิ้นงาน): ได้ประโยชน์จากพื้นที่สแกนที่กว้างและระบบกัลโวความเร็วสูงที่ใช้เลนส์เทเลเซนทริก
• การแกะสลักด้วยเลเซอร์แบบลึกหรือการกัดกร่อนเนื้อวัสดุ: ต้องใช้กำลังเฉลี่ยสูงขึ้นและความเร็วสแกนต่ำลง โดยมักต้องสแกนซ้ำหลายรอบ

ขั้นที่ 3: ประเมินข้อกำหนดด้านอัตราการผลิต

เครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ต้องสอดคล้องกับรอบเวลาการผลิต ปัจจัยสำคัญมีดังนี้

• พื้นที่และความซับซ้อนของรอยมาร์ก: หมายเลขซีเรียลอย่างง่ายใช้เวลามาร์กในระดับมิลลิวินาที ขณะที่โลโก้ที่ซับซ้อนอาจใช้เวลาหลายวินาที
• อัตราการทำซ้ำของพัลส์ (PRR): ค่า PRR ที่สูงขึ้นช่วยให้ใช้ความเร็วสแกนสูงขึ้นได้ โดยยังคงการซ้อนทับของพัลส์ไว้เพื่อให้รอยมาร์กสม่ำเสมอ
• กำลังเฉลี่ย: กำลังที่สูงขึ้นช่วยให้ใช้ความเร็วสแกนสูงขึ้นได้ โดยยังคงค่าฟลูเอนซ์ต่อพัลส์ที่เพียงพอต่อการมาร์กอย่างมีประสิทธิผล

ควรขอให้ผู้จำหน่ายจำลองรอบเวลาการผลิตโดยใช้เนื้อหารอยมาร์กจริงเสมอ ก่อนตัดสินใจเลือกระบบ

ขั้นที่ 4: ระบบสแกนเนอร์แบบกัลโวเทียบกับระบบลำแสงคงที่

เครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์รุ่นใหม่ส่วนใหญ่ใช้การบังคับลำแสงแบบกัลวาโนมิเตอร์ (กัลโว) ซึ่งใช้กระจกที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวมอเตอร์ความแม่นยำสูงเบี่ยงลำแสงเลเซอร์ไปบนชิ้นงานด้วยความเร็วสูงมากโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายชิ้นงาน ระบบกัลโวทำงานเร็ว เชื่อถือได้ และมาร์กลวดลายที่ซับซ้อนได้

ระบบลำแสงคงที่ ซึ่งชิ้นงานเคลื่อนที่สัมพันธ์กับเลเซอร์ (เช่น บนสายพานลำเลียง) ใช้สำหรับการมาร์กแบบต่อเนื่องบนสายการผลิต และมาร์กชิ้นงานที่ยาวมากได้ ส่วนระบบไฮบริดผสานทั้งสองแนวทางเข้าด้วยกัน

คู่มือผู้ซื้อของ Photonics Media มีการเปรียบเทียบผู้จำหน่ายทั้งการกำหนดค่าแบบกัลโวและแบบลำแสงคงที่

ขั้นที่ 5: ซอฟต์แวร์และการผสานรวมระบบ

ขีดความสามารถของเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ถูกจำกัดด้วยระบบนิเวศซอฟต์แวร์ของเครื่องนั้น ประเด็นที่ต้องประเมินมีดังนี้

• ความยืดหยุ่นของเนื้อหารอยมาร์ก: สร้างรหัสแบบเรียงลำดับ ตราประทับวันที่/เวลา และข้อมูลแปรผันแบบเรียลไทม์ได้หรือไม่
• การเชื่อมต่อฐานข้อมูล: สืบค้นหรือเขียนข้อมูลไปยังระบบ MES หรือ ERP เพื่อใช้เป็นข้อมูลการตรวจสอบย้อนกลับได้หรือไม่
• การผสานรวมกับระบบตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติ: รับสัญญาณทริกเกอร์จากกล้องเพื่อปรับตำแหน่งรอยมาร์กบนชิ้นงานที่เคลื่อนที่ได้แบบไดนามิกหรือไม่
• การเฝ้าติดตามระยะไกล: รองรับการเชื่อมต่อ OPC-UA หรือ Industry 4.0 สำหรับการเฝ้าติดตามเพื่อการบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์หรือไม่

ขั้นที่ 6: การจัดชั้นความปลอดภัยและตู้ครอบ

เครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์สำหรับงานอุตสาหกรรมทุกเครื่องต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัย IEC 60825-1 งานผลิตส่วนใหญ่ใช้ระบบ Class 1 แบบมีตู้ครอบ ซึ่งรังสีเลเซอร์ทั้งหมดถูกกักไว้ภายในตู้ครอบและไม่ต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE) เพิ่มเติมระหว่างการทำงาน ส่วนระบบ Class 4 แบบลำแสงเปิดต้องมีสภาพแวดล้อมที่ควบคุม มีเจ้าหน้าที่ความปลอดภัยด้านเลเซอร์ที่กำหนดไว้ และมีระเบียบปฏิบัติที่เข้มงวด

สำหรับสภาพแวดล้อมการผลิตส่วนใหญ่ ระบบ Class 1 ที่มีตู้ครอบมิดชิดเป็นทางเลือกที่ถูกต้องทั้งในแง่ความปลอดภัยและการปฏิบัติตามกฎระเบียบ

รายการตรวจสอบโดยสรุป

ก่อนออกใบสั่งซื้อ ควรยืนยันว่าได้ประเมินประเด็นต่อไปนี้ครบถ้วนแล้ว ได้แก่ ความเข้ากันได้ของวัสดุรองรับ การเลือกความยาวคลื่น กำลังเฉลี่ยและค่า PRR ขนาดพื้นที่มาร์กของระบบกัลโว ความสามารถในการผสานรวมซอฟต์แวร์ ชั้นความปลอดภัยของตู้ครอบ และโครงสร้างการสนับสนุนของผู้จำหน่าย ควรขอตัวอย่างรอยมาร์กบนวัสดุที่ใช้ผลิตจริง ผู้จำหน่ายด้านการมาร์กด้วยเลเซอร์ที่น่าเชื่อถือทุกรายจะจัดทำตัวอย่างการใช้งานให้ก่อนการขาย

อ่านเพิ่มเติม

• เปรียบเทียบไฟเบอร์เลเซอร์ เลเซอร์ UV และเลเซอร์ CO2 สำหรับการมาร์กพลาสติก
• เลเซอร์ MOPA
• เลเซอร์แบบบังคับทิศทางลำแสง
• บริการด้านวิศวกรรม

ต้องการความช่วยเหลือในเรื่องนี้หรือไม่

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการกำหนดคุณลักษณะระบบเลเซอร์และการประเมินผู้จำหน่ายอย่างเป็นกลาง ทีมบริการด้านวิศวกรรมของเราทำงานร่วมกับผู้ผลิตในด้านการพัฒนากระบวนการ การทดสอบรับรองวัสดุ และการแก้ไขปัญหาในสายการผลิต ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งานเฉพาะราย

คำถามที่พบบ่อย

สิ่งแรกที่ต้องตัดสินใจในการเลือกเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์คืออะไร

คือวัสดุรองรับ พลาสติกส่วนใหญ่ดูดกลืนพลังงานที่ความยาวคลื่น 1064 nm ได้ไม่ดี จึงต้องพิสูจน์ให้ชัดเจนว่าเรซินมาร์กได้ในสภาพที่จัดส่งมา หรือจำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์ หรือต้องใช้ความยาวคลื่นอื่น เช่น UV ที่ 355 nm คำตอบนี้เป็นข้อจำกัดของการตัดสินใจทุกข้อในขั้นถัดไป

ต้องใช้กำลังเลเซอร์เท่าใด

น้อยกว่าที่ผู้ซื้อส่วนใหญ่คาดไว้ สำหรับพลาสติก กำลัง 20–50 W ครอบคลุมการใช้งานส่วนใหญ่ได้ กำลังที่มากเกินไปมักทำให้รอยมาร์กแย่ลงเพราะเพิ่มความร้อน แทนที่จะทำให้ดีขึ้น คุณภาพลำแสงและการควบคุมพัลส์มีความสำคัญมากกว่ามาก

ควรระบุใช้เลเซอร์ MOPA หรือไม่

ควรระบุใช้ MOPA เมื่อจำเป็นต้องมีช่วงการปรับกระบวนการที่กว้าง เช่น พอลิเมอร์ที่ไวต่อความร้อน รอยมาร์กสีอ่อนบนพลาสติกสีเข้ม การใช้เรซินหลายชนิดบนระบบเดียวกัน หรือรหัสขนาดเล็กที่ต้องการความละเอียดสูง สำหรับการมาร์กสีเข้มแบบตรงไปตรงมาบนเรซินที่ดูดกลืนพลังงานได้ดีอยู่แล้ว ไฟเบอร์เลเซอร์แบบ Q-switched มาตรฐานจะคุ้มค่ากว่า

ควรเลือกขนาดพื้นที่มาร์กเท่าใด

ควรเลือกขนาดเล็กที่สุดที่ยังครอบคลุมชิ้นงานได้อย่างสบาย ความยาวโฟกัสที่มากขึ้นให้พื้นที่มาร์กกว้างขึ้นก็จริง แต่จุดโฟกัสจะโตขึ้นและความหนาแน่นกำลังลดลง ซึ่งทำให้คุณภาพของรอยมาร์กแย่ลง และอาจทำให้มาร์กวัสดุที่อยู่ในเกณฑ์ก้ำกึ่งไม่ได้เลย

ต้องใช้การจัดชั้นความปลอดภัยระดับใด

แหล่งกำเนิดเลเซอร์สำหรับการมาร์กในงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จัดเป็น Class 4 เมื่ออยู่ในรูปแบบลำแสงเปิด และถูกจัดส่งมาในรูปผลิตภัณฑ์ Class 1 ที่มีตู้ครอบ การมีตู้ครอบ Class 1 ไม่ได้ทำให้ความจำเป็นในการมีแผนงานความปลอดภัยด้านเลเซอร์หมดไป เนื่องจากการซ่อมบำรุงและการตั้งเครื่องยังทำให้ลำแสงเปิดออกมา นอกจากการควบคุมลำแสงแล้ว ควรวางแผนระบบดูดควันไว้ด้วย

---