การแกะสลักด้วยเลเซอร์
ประเด็นสำคัญ
- การแกะสลักเป็นการเอาวัสดุออก ลึกกว่าการกัดผิวและลึกกว่าการมาร์กที่ผิวมาก
- เลเซอร์ CO₂ ที่ 10.6 µm เป็นตัวหลักสำหรับพอลิเมอร์ ซึ่งดูดกลืนรังสีอินฟราเรดได้ดี
- พัลส์สั้นลดการแพร่ของความร้อน ให้ขอบที่สะอาดกว่าและรายละเอียดที่ละเอียดกว่า
- การเลือกความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับวัสดุ และหากเลือกผิดจะทำให้เกิดความเสียหายแทนที่จะได้ความลึก
การแกะสลักด้วยเลเซอร์
การแกะสลักด้วยเลเซอร์คือการเอาวัสดุออกเพื่อสร้างร่องที่มีความลึกวัดได้ ต่างจากการมาร์กซึ่งเปลี่ยนสีพื้นผิวโดยไม่เอาวัสดุออก บนพลาสติก ลำแสงทำให้พอลิเมอร์สูงเกินเกณฑ์การกลายเป็นไอ วัสดุจึงหลุดออกในรูปไอและอนุภาคที่ถูกขับออก เกิดเป็นโพรงที่มักมีความลึกในช่วง 0.05–0.5 mm ขึ้นกับจำนวนรอบการสแกนและค่าตั้ง
ความลึกคือสิ่งที่กำหนดลักษณะของกระบวนการ และความลึกยังทำให้กระบวนการช้ากว่า ใช้ความร้อนรุนแรงกว่า และต้องการการดูดระบายมากกว่าการมาร์กที่ผิว
การเปรียบเทียบการแกะสลัก การกัดผิว และการมาร์ก
| กระบวนการ | ความลึก | กลไก | การใช้งานทั่วไปบนพลาสติก |
|---|---|---|---|
| การมาร์ก | ไม่มี ส่งผลเฉพาะที่ผิว | การเปลี่ยนสี: คาร์บอไนเซชัน การเกิดฟอง การฟอกสี | รหัส โลโก้ ข้อมูลการตรวจสอบย้อนกลับ |
| การกัดผิว | ตื้นมาก โดยทั่วไปน้อยกว่า 0.025 mm | การหลอมผิวและการเอาวัสดุออกเล็กน้อย | การเปลี่ยนพื้นผิว ลักษณะด้านหรือฝ้า |
| การแกะสลัก | 0.05–0.5 mm และลึกกว่านั้น | การกลายเป็นไอและการเอาวัสดุออก | รอยที่สัมผัสได้ เครื่องมือแม่พิมพ์ การระบุตัวตนที่ทนการสึกหรอ |
การสร้างความลึกโดยไม่ทำให้ชิ้นงานเสียหาย
ความลึกบนพอลิเมอร์ได้จากการสแกนซ้ำหลายรอบ ไม่ใช่จากกำลังสูง การเพิ่มกำลังในรอบเดียวทำให้ความร้อนสะสมเร็วกว่าที่จะระบายออกได้ ผลที่ตามมาคือการหลอมละลาย การเปลี่ยนสี ความเค้นภายใน และขอบวัสดุที่แข็งตัวใหม่ม้วนนูนขึ้นที่ปากโพรง การสแกนเบาๆ หลายรอบพร้อมการระบายความร้อนระหว่างรอบให้ผนังที่สะอาดกว่าและควบคุมมิติได้ดีกว่า
ประเด็นที่กำหนดความสำเร็จ
- การตกซ้ำของวัสดุหลอม ต่างจากโลหะ เทอร์โมพลาสติกหลอมก่อนที่จะกลายเป็นไอ วัสดุที่ถูกเบียดออกอาจแข็งตัวที่ขอบเป็นครีบนูน ซึ่งอาจต้องออกแบบหลีกเลี่ยงหรือกำจัดออก
- บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ความร้อนสะสมทำให้เกิดความขุ่น รอยแตกลายงา และความเค้นตกค้างรอบโพรง ซึ่งเป็นข้อกังวลด้านความทนทานในชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักหรือรับความเค้นจากสภาพแวดล้อม
- กลยุทธ์การแรเงา การแรเงาไขว้ระหว่างรอบและการหมุนมุมแรเงาให้พื้นโพรงที่เรียบกว่าการสแกนทิศทางเวกเตอร์เดิมซ้ำๆ
- พฤติกรรมของสารตัวเติม ในเรซินเสริมใยแก้ว พอลิเมอร์กลายเป็นไอแต่แก้วไม่เป็น ทำให้เส้นใยโผล่ที่พื้นผิว ซึ่งแก้ไขได้ตามแนวทางใน การแก้ปัญหาใยแก้วโผล่ที่ผิว
ความปลอดภัยและไอระเหย
การแกะสลักสร้างผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวมากกว่าการมาร์กที่ผิวมาก และเคมีของพอลิเมอร์กำหนดระดับอันตราย ห้ามประมวลผล PVC ด้วยเลเซอร์ เพราะปล่อยไฮโดรเจนคลอไรด์ ซึ่งกัดกร่อนทั้งผู้ปฏิบัติงาน เลนส์ และโครงเครื่อง ฟลูออโรพอลิเมอร์ เช่น PTFE ปล่อยผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวที่เป็นอันตรายเมื่อสลายด้วยความร้อน แม้แต่พอลิเมอร์ที่ไม่เป็นอันตรายก็ก่อให้เกิดอนุภาคและไอสารอินทรีย์ในปริมาณมาก
ระบบดูดระบายเฉพาะจุดที่เพียงพอพร้อมการกรองที่เหมาะสมเป็นข้อกำหนดที่ขาดไม่ได้ ควบคู่กับมาตรการควบคุมอันตรายจากลำแสงตามที่คาดหวังสำหรับการติดตั้งระดับ Class 4 ตาม ANSI Z136.1 และการกำกับดูแลโดยเจ้าหน้าที่ความปลอดภัยด้านเลเซอร์ที่ได้รับแต่งตั้ง
เมื่อใดการแกะสลักเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม
เลือกการแกะสลักเมื่อรอยมาร์กต้องทนการขัดถู การสัมผัสสารเคมี หรืออายุการใช้งานที่ยาวนาน เมื่อต้องการลักษณะที่สัมผัสได้หรืออักษรเบรลล์ เมื่อผลิตโพรงแม่พิมพ์และชิ้นส่วนเครื่องมือเพื่อให้ลักษณะดังกล่าวปรากฏบนทุกชิ้นงานที่ขึ้นรูป หรือเมื่อความลึกเองมีหน้าที่ใช้งาน หากข้อกำหนดเป็นเพียงรหัสที่ถาวร อ่านได้ และมีความเปรียบต่างสูง การมาร์กที่ผิวเร็วกว่า เป็นมิตรต่อวัสดุกว่า และมักเป็นคำตอบทางวิศวกรรมที่ดีกว่า
กลยุทธ์พารามิเตอร์เพื่อสร้างความลึก
ความลึกบนพอลิเมอร์ค่อยๆ สร้างขึ้น ไม่ใช่ตอกลงไปในครั้งเดียว พารามิเตอร์มีอิทธิพลต่อกัน และลำดับการปรับสำคัญกว่าค่าตัวเลขเอง
| พารามิเตอร์ | ผลต่อความลึก | ผลต่อคุณภาพ | การปรับ |
|---|---|---|---|
| จำนวนรอบ | เพิ่มขึ้นโดยประมาณเป็นเส้นตรง | ปรับปรุงคุณภาพผนังหากปล่อยให้ชิ้นงานเย็นตัวระหว่างรอบ | ปรับก่อน เป็นเส้นทางที่ปลอดภัยที่สุดสู่ความลึก |
| ความเร็วการมาร์ก | ช้าลงตัดลึกขึ้นต่อรอบ | ช้าเกินไปทำให้ความร้อนกระจุกและหลอมขอบโพรง | ปรับเป็นลำดับที่สอง |
| กำลังเฉลี่ย | เพิ่มขึ้นมาก | คุณภาพเสื่อมเร็ว เกิดขอบหลอม ความขุ่น ความเค้นภายใน | ปรับเป็นลำดับสุดท้าย |
| มุมแรเงาระหว่างรอบ | เป็นกลาง | การหมุนมุมทุกรอบให้พื้นที่เรียบขึ้นอย่างเห็นได้ชัด | ตั้งครั้งเดียวเป็นกลยุทธ์ |
| ระยะห่างการแรเงา | เล็กน้อย | แคบเกินไปให้ความร้อนซ้ำ กว้างเกินไปเหลือสันคลื่นที่พื้นโพรง | ตั้งร่วมกับขนาดจุด |
| ค่าชดเชยโฟกัสต่อรอบ | รักษาอัตราการเอาวัสดุออกเมื่อโพรงลึกขึ้น | หากไม่มี รอบหลังๆ จะเสียโฟกัสและตัดได้ไม่สะอาด | จำเป็นเมื่อลึกเกินประมาณ 0.2 mm |
| ระยะหน่วงเพื่อระบายความร้อนระหว่างรอบ | ไม่มีผลโดยตรง | ตัวปรับที่มีประสิทธิภาพสูงสุดต่อคุณภาพบนเรซินที่ไวต่อความร้อน | เพิ่มก่อนเพิ่มกำลัง |
การแก้ไขปัญหาลักษณะที่แกะสลัก
| อาการ | สาเหตุที่เป็นไปได้ | การแก้ไข |
|---|---|---|
| เกิดขอบนูนรอบโพรง | วัสดุหลอมถูกเบียดออกแทนที่จะกลายเป็นไอ และแข็งตัวใหม่ที่ขอบ | สแกนเบาๆ พร้อมระบายความร้อนระหว่างรอบ ออกแบบให้ไม่มีขอบด้วยการลบมุม หรือวางแผนขั้นตอนลบครีบ |
| พื้นโพรงไม่เรียบหรือเป็นสันคลื่น | กลยุทธ์การแรเงาที่ซ้ำทิศทางเวกเตอร์เดิม | หมุนมุมแรเงาระหว่างรอบ โดยทั่วไป 45° หรือ 90° |
| ความลึกไม่เพิ่มขึ้นแม้เพิ่มจำนวนรอบ | โฟกัสไม่อยู่ที่พื้นผิวตัดอีกต่อไปเมื่อโพรงลึกขึ้น | ใช้ค่าชดเชยโฟกัสต่อรอบเมื่อลึกเกินประมาณ 0.2 mm |
| เกิดความขุ่นหรือรอยแตกลายงารอบลักษณะที่แกะสลัก | บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนสะสม | เพิ่มระยะหน่วงเพื่อระบายความร้อนระหว่างรอบ บนพอลิคาร์บอเนตและอะคริลิก ให้ตรวจสอบอีกครั้งหลัง 24 ชั่วโมง เพราะรอยแตกลายงาอาจปรากฏช้า |
| เส้นใยแก้วโผล่ที่พื้นโพรง | พอลิเมอร์กลายเป็นไอที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วของสารตัวเติม | เป็นสิ่งที่คาดได้ในเกรดที่มีสารตัวเติม ลดพลังงานต่อรอบ หรือพิจารณาใหม่ว่าการแกะสลักเหมาะกับวัสดุนี้หรือไม่ |
| มีสารตกค้างสีดำคล้ายเขม่าในและรอบโพรง | การดูดระบายไม่เพียงพอ ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวตกกลับ | ปรับปรุงการดูดระบายเฉพาะจุดที่จุดทำงาน สารตกค้างยังทำให้เลนส์เปรอะเปื้อนและทำให้ทุกชิ้นงานถัดไปเสื่อมคุณภาพ |
| ชิ้นงานบิดเบี้ยวหรือโก่งงอหลังแกะสลัก | ความร้อนคลายความเค้นที่เกิดจากการขึ้นรูปอย่างไม่สมมาตร | อบอ่อนก่อนแกะสลัก ลดพลังงานต่อรอบ หรือย้ายลักษณะให้ห่างจากส่วนที่บาง |
การกำหนดลักษณะที่แกะสลัก
การแกะสลักเอาวัสดุเชิงโครงสร้างออก จึงเป็นการตัดสินใจด้านการออกแบบ ไม่ใช่เพียงเรื่องการมาร์ก แบบที่ระบุลักษณะที่แกะสลักควรมีข้อมูลต่อไปนี้
- ความลึกพร้อมค่าพิกัดความเผื่อ ไม่ใช่ตัวเลขระบุเฉยๆ ความลึกแปรผันตามล็อตเรซิน สี และสภาวะการขึ้นรูป การระบุโดยไม่มีพิกัดความเผื่อจึงตรวจสอบไม่ได้
- ความหนาผนังที่เหลือ ณ ตำแหน่งที่แกะสลัก ระบุเป็นค่าต่ำสุด นี่คือค่าที่สำคัญต่อความสมบูรณ์เชิงโครงสร้าง และเป็นค่าที่มักถูกละเลยมากที่สุด
- ตำแหน่งเมื่อเทียบกับบริเวณที่มีความเค้น ควรแกะสลักให้ห่างจากจุดฉีด แนวเชื่อมประสาน ซี่เสริม และมุมโค้งที่ความเค้นตกค้างรวมตัวกัน เพราะโพรงในบริเวณนั้นจะกลายเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกระหว่างใช้งาน
- ข้อกำหนดสภาพขอบ เนื่องจากครีบจากการหลอมเป็นเรื่องปกติบนเทอร์โมพลาสติก ให้อนุญาตโดยระบุค่าสูงสุด หรือระบุขั้นตอนรองเพิ่มเติม
- วิธีการวัด การวัดด้วยหัววัดโพรไฟล์ กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอล หรือชิ้นตัวอย่างที่ตัดตามขวาง ให้ผลต่างกันบนโพรงที่มีพื้นโค้งมน การระบุวิธีวัดคือสิ่งที่ทำให้พิกัดความเผื่อมีความหมาย
หากข้อกำหนดเป็นเพียงรหัสที่ถาวรและอ่านได้ ควรทบทวนว่าจำเป็นต้องมีความลึกหรือไม่ การมาร์กที่ผิวเร็วกว่า ไม่เอาวัสดุออก และไม่มีข้อจำกัดเหล่านี้
คำศัพท์และแหล่งอ่านที่เกี่ยวข้อง
- โซลูชันการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์
- การกัดผิวด้วยเลเซอร์
- การแก้ไขปัญหาการแกะสลักพลาสติกด้วยเลเซอร์
- วิธีมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์
การนำไปใช้ในการผลิตจริง
The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการพัฒนากระบวนการแกะสลักด้วยเลเซอร์ การควบคุมความลึก และการจัดการไอระเหย ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดกระบวนการ การรับรองวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน
คำถามที่พบบ่อย
การแกะสลักด้วยเลเซอร์คืออะไร
กระบวนการเอาวัสดุออกที่มีความละเอียดสูง ใช้ลำแสงโฟกัสระเหิดผิววัสดุเพื่อสร้างรอยหรือลวดลายลึกที่ถาวร ต่างจากการกัดผิวและการมาร์ก การแกะสลักเอาวัสดุออกจริงเพื่อสร้างลักษณะที่เป็นร่องลึก
การแกะสลักด้วยเลเซอร์ลึกเพียงใด
ลึกกว่าการกัดผิว ซึ่งส่งผลเพียงไม่กี่ไมครอนชั้นบน และลึกกว่าการมาร์กมาก ซึ่งอาจไม่เกี่ยวข้องกับการเอาวัสดุออกเลย ความลึกจริงควบคุมได้ด้วยกำลัง ความยาวพัลส์ ความถี่ ความเร็วการสแกน และจำนวนรอบ
ความยาวคลื่นเลเซอร์ใดเหมาะกับการแกะสลักพอลิเมอร์
เลเซอร์ CO₂ ที่ 10.6 µm ใช้กันแพร่หลายที่สุดสำหรับพอลิเมอร์และวัสดุอินทรีย์ เพราะดูดกลืนรังสีอินฟราเรดได้ดี ทำให้แกะสลักได้โดยตรงโดยความเสียหายจากความร้อนต่อบริเวณรอบข้างน้อยที่สุด
พารามิเตอร์ใดควบคุมคุณภาพการแกะสลัก
กำลังเลเซอร์กำหนดอัตราการเอาวัสดุออก แต่เสี่ยงต่อความเสียหายจากความร้อนหากควบคุมไม่ดี ความยาวพัลส์และความถี่ส่งผลต่อการแพร่ของความร้อน โดยพัลส์ที่สั้นกว่าให้ขอบที่สะอาดกว่าและรายละเอียดที่ละเอียดกว่า ความเร็วการสแกนและโฟกัสเป็นพารามิเตอร์ที่ครบชุด
ควรเฝ้าระวังปัญหาใดบ้าง
การดูดกลืนที่เฉพาะเจาะจงกับวัสดุหมายความว่าความยาวคลื่นที่ไม่เหมาะสมจะแกะสลักได้ไม่ดีหรือทำให้ชิ้นงานเสียหาย ความร้อนที่มากเกินไปทำให้เกิดการหลอมละลาย การเปลี่ยนสี หรือรอยแตกระดับจุลภาค และการดูดระบายไอเป็นสิ่งจำเป็น เพราะการระเหิดสร้างผลพลอยได้ที่ทำให้เลนส์เปรอะเปื้อนด้วย
จะเพิ่มความลึกโดยไม่ทำให้ชิ้นงานเสียหายได้อย่างไร
ด้วยการเพิ่มจำนวนรอบ ไม่ใช่เพิ่มกำลัง การสแกนเบาๆ หลายรอบพร้อมระยะหน่วงเพื่อระบายความร้อนระหว่างรอบให้ผนังที่สะอาดกว่า ควบคุมมิติได้ดีกว่า และมีความเค้นตกค้างน้อยกว่าการสแกนรอบเดียวที่รุนแรงมาก เมื่อลึกเกินประมาณ 0.2 mm ให้ใช้ค่าชดเชยโฟกัสต่อรอบ มิฉะนั้นลำแสงจะเสียโฟกัสเมื่อโพรงลึกขึ้นและความลึกจะไม่เพิ่มขึ้นอีก
ค่ากำหนดการแกะสลักในแบบควรมีอะไรบ้าง
ความลึกพร้อมพิกัดความเผื่อ ความหนาผนังที่เหลือต่ำสุด ณ ตำแหน่งนั้น ตำแหน่งเมื่อเทียบกับจุดฉีดและแนวเชื่อมประสาน สภาพขอบที่ยอมรับได้ เนื่องจากครีบจากการหลอมเป็นเรื่องปกติบนเทอร์โมพลาสติก และวิธีการวัด ความหนาผนังที่เหลือเป็นค่าที่ถูกละเลยมากที่สุด และเป็นค่าที่กำหนดว่าลักษณะนั้นยอมรับได้เชิงโครงสร้างหรือไม่
เหตุใดพื้นโพรงจึงเป็นสันคลื่น
เพราะการสแกนรอบต่อเนื่องใช้ทิศทางเวกเตอร์เดิม การหมุนมุมแรเงาระหว่างรอบ โดยทั่วไป 45 หรือ 90 องศา ให้พื้นที่เรียบขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ระยะห่างของการแรเงาก็สำคัญเช่นกัน หากกว้างเกินไปจะเหลือสันคลื่น หากแคบเกินไปจะให้ความร้อนซ้ำที่ผิวและทำให้เกิดความขุ่นตามมา
ขอใบเสนอราคาฟรี
Scott Sabreen — ประธานและหัวหน้าวิศวกร ประสบการณ์กว่า 30 ปี ติดต่อเราวันนี้เพื่อปรึกษาการใช้งานของคุณและโซลูชันจาก SABREEN โดยไม่มีค่าใช้จ่าย
โทรศัพท์: +1 972-820-6777
