การตัดพอลิโพรพิลีนด้วยเลเซอร์: เลเซอร์ ความหนา ไอระเหย

การตัดพอลิโพรพิลีนด้วยเลเซอร์ทำได้หรือไม่ เลเซอร์ ความหนา คุณภาพขอบตัด และไอระเหย

ประเด็นสำคัญ

• ได้ พอลิโพรพิลีนตัดด้วยเลเซอร์ได้ และเครื่องมือที่ใช้คือเลเซอร์ CO₂ ที่ความยาวคลื่น 10.6 µm ส่วน PP ธรรมชาติแทบโปร่งใสต่อไฟเบอร์เลเซอร์ที่ 1064 nm จึงไม่สามารถตัดด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ได้
• PP หลอมเหลวนานก่อนจะกลายเป็นไอ ขอบตัดจึงหลอมรวมและโค้งมนเล็กน้อย และอาจเกิดเม็ดพลาสติกหลอมที่ด้านขาออกหากความเร็วและแก๊สช่วยตัดไม่เหมาะสม
• ฟิล์ม ผ้า และแผ่นที่หนาไม่เกินประมาณ 3 mm ตัดได้ดี ส่วนแผ่นที่หนากว่านั้นตัดช้า หลอมติดกันซ้ำในร่องตัด และเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ จึงควรใช้การกัดเซาะด้วยเร้าเตอร์ การเลื่อย หรือวอเตอร์เจ็ทแทน
• พอลิโพรพิลีนติดไฟได้ง่าย จำเป็นต้องใช้แอร์แอสซิสต์ แท่นตัดที่สะอาด และมีผู้ควบคุมเครื่องตลอดเวลา รวมทั้งระบบดูดไอระเหย
• การแกะสลักและการมาร์กเป็นคนละประเด็นกัน เลเซอร์ CO₂ แกะสลัก PP ได้ผลเป็นรอยหลอมที่มีคอนทราสต์ต่ำ ส่วนรอยมาร์กที่อ่านได้ชัดบน PP ต้องใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ร่วมกับสารเติมแต่งที่ไวต่อเลเซอร์

พอลิโพรพิลีนเป็นเทอร์โมพลาสติกที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดในชิ้นส่วนขึ้นรูป บรรจุภัณฑ์ และสิ่งทอเทคนิค จึงไม่น่าแปลกใจที่คำถามว่า “ตัดพอลิโพรพิลีนด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่” เป็นคำถามที่พบบ่อย คำตอบสั้น ๆ คือได้ แต่คำตอบฉบับเต็มคือ PP มีพฤติกรรมต่างจากอะคริลิกอย่างมาก ซึ่งเป็นวัสดุที่คำแนะนำด้านการตัดด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่อ้างอิง และความแตกต่างเหล่านี้เป็นตัวกำหนดว่าควรใช้เลเซอร์ชนิดใด ตัดชิ้นงานได้หนาเท่าใดในทางปฏิบัติ ขอบตัดจะออกมาเป็นอย่างไร และการตัดด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่เหมาะสมหรือไม่

พฤติกรรมของพอลิโพรพิลีนภายใต้ลำแสงตัด

การตัดพอลิเมอร์ด้วยเลเซอร์ให้ผลดีที่สุดเมื่อวัสดุเปลี่ยนจากของแข็งเป็นไอภายในบริเวณแคบ ๆ และเหลือผนังตัดที่เรียบสะอาด อะคริลิกทำได้เกือบสมบูรณ์แบบ เพราะสลายตัวกลับเป็นมอนอเมอร์และให้ขอบที่ขัดเงา แต่พอลิโพรพิลีนไม่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากเป็นพอลิโอเลฟินกึ่งผลึกที่หลอมเหลวที่ประมาณ 160–165 °C แต่สลายตัวเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 300 °C เท่านั้น เนื้อวัสดุปริมาณมากจึงต้องผ่านสภาวะหลอมเหลวความหนืดต่ำก่อนที่บางส่วนจะออกจากร่องตัดในรูปของไอ

การหลอมเหลวนี้เป็นต้นเหตุของข้อบกพร่องในการตัด PP ทุกประเภท วัสดุหลอมไหลย้อนกลับเข้าร่องตัดและหลอมรอยตัดให้ติดกันซ้ำในส่วนที่หนา ถูกดันออกทางด้านล่างของรอยตัดเป็นเม็ดหรือเศษหลอม และทำให้ขอบด้านบนโค้งมน ความร้อนที่ก่อให้เกิดการหลอมยังแผ่ออกด้านข้าง บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจึงกว้างกว่าอะคริลิก และรายละเอียดชิ้นงานบางเกิดการบิดเบี้ยว

พอลิโพรพิลีนยังติดไฟได้ ค่าดัชนีออกซิเจนจำกัดอยู่ที่ประมาณ 17–18% ซึ่งต่ำกว่าปริมาณออกซิเจน 21% ในอากาศ หมายความว่าเมื่อเปลวไฟเกิดขึ้นที่แนวหน้าการตัดแล้วจะลุกไหม้ต่อเนื่องได้เอง พอลิเอทิลีนซึ่งเป็นวัสดุใกล้ชิดกันมีพฤติกรรมเช่นเดียวกัน และตัดได้ด้อยกว่าเล็กน้อยเพราะหลอมที่อุณหภูมิต่ำกว่า

เลเซอร์ชนิดใดที่ตัดพอลิโพรพิลีนได้

คำถามเรื่องความยาวคลื่นเป็นหลักเดียวกับที่กำหนดว่าเลเซอร์ชนิดใดมาร์กพลาสติกชนิดใดได้ คือพอลิเมอร์ต้องดูดซับลำแสงก่อนจึงจะเกิดผลใด ๆ พอลิโอเลฟินดูดซับได้ดีมากในช่วงอินฟราเรดกลางซึ่งเป็นย่านของเลเซอร์ CO₂ และดูดซับได้น้อยมากในช่วงอินฟราเรดใกล้ซึ่งเป็นย่านของไฟเบอร์เลเซอร์ ด้วยเหตุนี้ ไฟเบอร์เลเซอร์ที่มาร์กชิ้นส่วน PP สีเข้มได้ทุกวันจึงไม่สามารถตัดแผ่น PP ธรรมชาติได้

ความหนาและรูปแบบวัสดุ

ชนิดของวัสดุที่ตัดมีความสำคัญมากกว่ากำลังที่ระบุของเลเซอร์

• ฟิล์ม (BOPP, cast PP) ตัดและเจาะรูได้ดีมาก การสกอร์และการเจาะรูขนาดไมโครบนฟิล์ม PP ด้วยเลเซอร์ CO₂ เป็นกระบวนการที่ใช้กันแพร่หลายในงานบรรจุภัณฑ์ เช่น แนวฉีกเปิดง่ายและบรรจุภัณฑ์ผักผลไม้ที่ระบายอากาศได้
• ผ้าทอและผ้าไม่ทอ เป็นหนึ่งในการใช้งานที่เหมาะที่สุดของกระบวนการนี้ เพราะเลเซอร์ปิดผนึกขอบผ้าไปพร้อมกับการตัด ผ้าสปันบอนด์ เมลต์โบลน และผ้าทอ PP จึงไม่หลุดลุ่ย วัสดุกรองและสิ่งทอเทคนิคจึงนิยมตัดด้วยวิธีนี้เป็นประจำ
• แผ่นหนาไม่เกินประมาณ 3 mm ตัดได้ในระดับยอมรับได้บนระบบเลเซอร์ CO₂ ทั่วไปขนาด 40–150 W ขอบตัดจะหลอมรวมและมีเม็ดพลาสติกหลอมที่ด้านขาออกเล็กน้อย
• แผ่นหนา 3 ถึงประมาณ 6 mm ทำได้ด้วยความเร็วที่ต่ำลงและกำลังที่สูงขึ้น แต่การหลอมติดกันซ้ำในร่องตัด ขอบโค้งมน และการลุกไหม้เป็นช่วง ๆ จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ควรคาดการณ์ว่าต้องปรับค่าสำหรับแต่ละล็อต
• แผ่นหนามากและชิ้นส่วนขึ้นรูป ไม่เหมาะสม ปริมาณวัสดุหลอมมากเกินไป คุณภาพขอบตัดต่ำ และความเสี่ยงต่อไฟไหม้สูง

เกรดที่มีสารเติมเต็มเปลี่ยนผลลัพธ์ไปได้ PP ผสมทัลก์ที่พบบ่อยในชิ้นส่วนภายในรถยนต์ และ PP เสริมใยแก้ว ให้ขอบตัดหยาบและเป็นเม็ดทราย เพราะสารเติมเต็มไม่ถูกตัดในลักษณะเดียวกับพอลิเมอร์ การตัดด้วยวิธีกลมักให้ผลดีกว่า เช่นเดียวกับไนลอนเสริมใยแก้ว

การทำให้ขอบตัดสะอาดขึ้น

• ใช้ความเร็วสูงสุดที่ยังตัดทะลุได้ ข้อบกพร่องของขอบตัด PP ส่วนใหญ่เกิดจากพลังงานต่อหน่วยความยาวที่มากเกินไป ไม่ใช่น้อยเกินไป
• เปิดแอร์แอสซิสต์ กระแสลมที่สม่ำเสมอช่วยพัดวัสดุหลอมออกจากร่องตัดและกดเปลวไฟที่แนวหน้าการตัด ไนโตรเจนช่วยลดการเกิดออกซิเดชันและการเหลืองในกรณีที่ลักษณะขอบตัดมีความสำคัญ
• ตัดบนแท่นแบบพินหรือแบบใบมีด แท่นรังผึ้งจะสะสมวัสดุหลอมและสะท้อนพลังงานกลับเข้าด้านล่างของชิ้นงาน ทำให้ชิ้นงานเชื่อมติดกับแท่นและเกิดครีบส่วนเกิน
• รักษาแท่นและเลนส์ให้สะอาด คราบ PP บนแท่นเป็นเชื้อเพลิง ส่วนคราบบนเลนส์ดูดซับพลังงานและทำให้คุณภาพการตัดลดลง
• ทดสอบทุกเกรด โฮโมพอลิเมอร์ อิมแพกต์โคพอลิเมอร์ และแรนดอมโคพอลิเมอร์มีการหลอมและการไหลที่แตกต่างกัน และสีที่ใช้ก็เปลี่ยนการดูดซับพลังงาน สูตรของเกรดหนึ่งเป็นเพียงจุดเริ่มต้นสำหรับเกรดถัดไป ไม่ใช่ค่าตั้งที่ใช้ได้ทันที

ไฟ ไอระเหย และความปลอดภัย

เนื่องจาก PP คงเปลวไฟได้ในอากาศ งานตัด PP จึงไม่ควรทำงานโดยไม่มีผู้ดูแล ควรเปิดแอร์แอสซิสต์ไว้ตลอด รักษาพื้นที่ตัดให้ปราศจากเศษวัสดุและคราบตกค้าง และจัดให้มีถังดับเพลิงที่เหมาะสมประจำเครื่อง การลุกไหม้เล็กน้อยตรงมุมและช่วงที่ตัดด้วยความเร็วต่ำเป็นเรื่องที่พบบ่อย แต่หากเปลวไฟลุกต่อเนื่องแสดงว่าพารามิเตอร์ไม่เหมาะสม

พอลิโพรพิลีนเป็นไฮโดรคาร์บอน ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวจึงไม่มีไฮโดรเจนคลอไรด์ที่ปล่อยจาก PVC หรือไฮโดรเจนไซยาไนด์ในปริมาณเล็กน้อยที่ปล่อยจากไนลอน แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าไอระเหยไม่เป็นอันตราย การสลายตัวด้วยความร้อนและออกซิเดชันของ PP ปล่อยอัลดีไฮด์ เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์และอะโครลีน คีโตน คาร์บอนมอนอกไซด์ และอนุภาคละเอียด รวมทั้งทิ้งคราบน้ำมันในท่อระบายอากาศ จำเป็นต้องมีระบบดูดที่ต้นกำเนิดพร้อมตัวกรองอนุภาคและคาร์บอน หรือระบายออกภายนอก และระบบเลเซอร์แบบปิดต้องอยู่ภายใต้โปรแกรมความปลอดภัยด้านเลเซอร์ของสถานที่และเจ้าหน้าที่ความปลอดภัยด้านเลเซอร์

แกะสลักพอลิโพรพิลีนด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่

ได้ แต่ผลลัพธ์มักไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง เลเซอร์ CO₂ แกะสลัก PP ด้วยการหลอมและกำจัดผิวหน้าบางส่วน ได้เป็นรอยนูนตื้น เป็นมัน คอนทราสต์ต่ำ ไม่ใช่รอยแกะสลักสีขาวขุ่นคมชัดอย่างที่เห็นบนอะคริลิก จึงยอมรับได้สำหรับลักษณะสัมผัสแบบง่าย ๆ เท่านั้น

ผู้ที่สอบถามเรื่องการแกะสลักพอลิโพรพิลีนส่วนใหญ่แท้จริงแล้วต้องการรอยมาร์กที่คงทนและอ่านได้ เช่น โลโก้ หมายเลขซีเรียล หรือรหัส 2D ซึ่งเป็นงานมาร์ก ไม่ใช่งานแกะสลัก ไฟเบอร์เลเซอร์บน PP ที่ผสมสารเติมแต่งสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์ให้รอยมาร์กสีเข้มคอนทราสต์สูงโดยแทบไม่ทำลายพื้นผิว หากไม่มีสารเติมแต่ง PP ธรรมชาติแทบไม่ตอบสนอง บทความเรื่องการมาร์กพอลิโพรพิลีนและพอลิเอทิลีนด้วยไฟเบอร์เลเซอร์อธิบายหลักการทำงานของสารเติมแต่งและวิธีรับรองคุณสมบัติ

ทางเลือกอื่นแทนการตัดพอลิโพรพิลีนด้วยเลเซอร์

• การไดคัตและคิสคัตสำหรับฟิล์ม ฉลาก และแผ่นบางในปริมาณมาก ทำได้รวดเร็ว สะอาด และต้นทุนต่อชิ้นต่ำ
• การกัดเซาะด้วยเครื่อง CNC เร้าเตอร์สำหรับแผ่นและแผ่นหนา PP มีลักษณะเหนียวหนืด จึงควรใช้ดอกกัดคมแบบฟลูตเดียว อัตราป้อนสูง และความเร็วรอบแกนหมุนต่ำ เพื่อป้องกันเศษหลอมติดกันซ้ำ
• วอเตอร์เจ็ทสำหรับแผ่นหนาหรือแผ่นที่มีสารเติมเต็ม ไม่มีบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนและไม่มีไอระเหย
• การตัดด้วยอัลตราโซนิกและมีดร้อนสำหรับผ้าและสายรัดที่ต้องการขอบปิดผนึกโดยไม่ใช้เลเซอร์

สำหรับการเปรียบเทียบการตัดและการแกะสลักพอลิเมอร์ชนิดต่าง ๆ ในภาพกว้าง โปรดดูบทความเรื่องการตัดพลาสติกด้วยเลเซอร์เทียบกับการแกะสลัก

บทความที่เกี่ยวข้อง

• การมาร์กพอลิโพรพิลีนและพอลิเอทิลีนด้วยไฟเบอร์เลเซอร์
• ตัดไนลอนด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่
• การตัดพลาสติกด้วยเลเซอร์เทียบกับการแกะสลัก
• พอลิโพรพิลีน: คุณสมบัติและการแปรรูป
• การระเหยด้วยเลเซอร์ (Laser ablation)

ต้องการความช่วยเหลือในเรื่องนี้หรือไม่

The Sabreen Group ให้บริการสนับสนุนด้านวิศวกรรมอิสระสำหรับการประมวลผลพอลิโพรพิลีนและพอลิโอเลฟินอื่น ๆ ด้วยเลเซอร์ ตั้งแต่การเลือกเลเซอร์และสารเติมแต่งสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์ ไปจนถึงการรับรองคุณสมบัติในการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมของเราทำงานร่วมกับผู้ผลิตในด้านการพัฒนากระบวนการ การรับรองวัสดุ และการแก้ไขปัญหา ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

ตัดพอลิโพรพิลีนด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่

ได้ เลเซอร์ CO₂ ตัดฟิล์ม ผ้า และแผ่นพอลิโพรพิลีนที่หนาได้ถึงไม่กี่มิลลิเมตร ขอบตัดเป็นแบบหลอมรวมไม่ใช่ขัดเงา เพราะ PP หลอมเหลวนานก่อนกลายเป็นไอ ส่วนแผ่นหนาหรือแผ่นที่มีสารเติมเต็มเหมาะกับการตัดด้วยวิธีกลมากกว่า

เลเซอร์ชนิดใดตัดพอลิโพรพิลีนได้ดีที่สุด

เลเซอร์ CO₂ ที่ 10.6 µm ซึ่งพอลิโอเลฟินดูดซับได้ดี ไฟเบอร์เลเซอร์ที่ 1064 nm ทะลุผ่านพอลิโพรพิลีนธรรมชาติและตัดไม่ได้ ส่วนเลเซอร์ UV จำกัดอยู่ที่งานละเอียดบนฟิล์มบาง

การตัดพอลิโพรพิลีนด้วยเลเซอร์ปลอดภัยหรือไม่

ปลอดภัยหากมีมาตรการควบคุมที่เหมาะสม PP ไม่ปล่อยสารประกอบคลอรีนเหมือน PVC แต่ติดไฟได้ง่าย และไอระเหยมีอัลดีไฮด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ และอนุภาคละเอียด ควรใช้แอร์แอสซิสต์และระบบดูดไอระเหย และไม่ปล่อยเครื่องไว้โดยไม่มีผู้ดูแล

เหตุใดพอลิโพรพิลีนจึงลุกติดไฟเมื่อตัดด้วยเลเซอร์

ดัชนีออกซิเจนจำกัดอยู่ที่ประมาณ 17–18% ซึ่งต่ำกว่าระดับออกซิเจนในอากาศ เปลวไฟที่เกิดที่แนวหน้าการตัดจึงลุกไหม้ต่อเนื่องได้เอง ความเร็วที่สูงขึ้น แอร์แอสซิสต์ และแท่นที่สะอาดช่วยป้องกันการลุกไหม้ได้เป็นส่วนใหญ่

เลเซอร์ตัดแผ่นพอลิโพรพิลีนได้หนาเท่าใด

แผ่นหนาไม่เกินประมาณ 3 mm ตัดได้ดีบนระบบ CO₂ ทั่วไป และหนาถึงประมาณ 6 mm ทำได้ด้วยความเร็วต่ำลงและกำลังสูงขึ้น เกินกว่านั้นวัสดุหลอมจะหลอมร่องตัดติดกันซ้ำ จึงควรเลือกการกัดเซาะด้วยเร้าเตอร์ การเลื่อย หรือการตัดด้วยวอเตอร์เจ็ทแทน

แกะสลักหรือมาร์กพอลิโพรพิลีนด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่

เลเซอร์ CO₂ แกะสลัก PP ได้ แต่ผลลัพธ์เป็นรอยนูนตื้น หลอมละลาย และคอนทราสต์ต่ำ หากต้องการรอยมาร์กและรหัสที่อ่านได้ ให้ใช้ไฟเบอร์เลเซอร์กับ PP ที่มีสารเติมแต่งสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์ ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นสีเข้มเมื่อถูกลำแสง

---