ในอุตสาหกรรมโลหะเผาผนึก คุณภาพการตัดถือเป็นสิ่งสำคัญต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในบรรดาวิธีการตัดต่างๆ การตัดด้วยเลเซอร์มีความโดดเด่นในเรื่องความแม่นยำสูง -ลักษณะที่ไม่สัมผัสกัน และความยืดหยุ่น
อย่างไรก็ตาม เมื่อตัดวัสดุโลหะที่มีรูพรุน เช่น ไทเทเนียมหรือสักหลาดนิกเกิล เลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง-แบบดั้งเดิมมีแนวโน้มที่จะได้รับความร้อนมากเกินไป ซึ่งนำไปสู่การหลอมละลายของขอบ การสร้างชั้นที่หล่อขึ้นใหม่ และแม้แต่การอุดตันของรูพรุน สิ่งนี้ส่งผลร้ายแรงต่อการซึมผ่านของวัสดุ กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา หรือประสิทธิภาพการกรอง
บทความนี้เจาะลึกกระบวนการเลเซอร์และเทคโนโลยีขั้นสูงที่จัดการกับความท้าทายนี้โดยพื้นฐาน
1. สาเหตุที่แท้จริง: เหตุใดการหลอมละลายของขอบจึงเกิดขึ้น
การเข้าใจสาเหตุเป็นกุญแจสำคัญในการค้นหาวิธีแก้ไข สาระสำคัญของการหลอมขอบคือ "ความร้อนสูงเกินไป"
ผลของการสะสมความร้อน: ผ้าสักหลาดโลหะประกอบด้วยเส้นใยที่เชื่อมต่อถึงกัน แม้ว่าค่าการนำความร้อนจะดีกว่าโพลีเมอร์สักหลาด แต่โครงสร้างที่มีรูพรุนสามมิติ-ส่งผลให้เส้นทางการนำความร้อนไม่ต่อเนื่องและความจุความร้อนต่ำกว่าเมื่อเทียบกับแผ่นโลหะแข็ง พลังงานที่ป้อนเข้าอย่างต่อเนื่องจากเลเซอร์ CW ทำให้เกิดความร้อนสะสมอย่างรวดเร็วในบริเวณการตัด-เกินจุดหลอมเหลวของวัสดุ-ก่อนที่จะสามารถแพร่กระจายไปยังวัสดุเทกองได้
ลักษณะของวัสดุ: ไทเทเนียมและนิกเกิลเป็นทั้งโลหะที่เกิดปฏิกิริยา โดยไทเทเนียมมีความสัมพันธ์กับออกซิเจนและไนโตรเจนสูง ที่อุณหภูมิสูง ขอบตัดจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและไนไตรเดชัน ทำให้เกิดชั้นสารประกอบที่แข็งและเปราะ ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับ-การแข็งตัวของวัสดุที่หลอมละลาย ซึ่งจะทำลายโครงสร้างเส้นใยเดิมและความพรุน
2. วิธีแก้ปัญหา: การก้าวกระโดดทางเทคโนโลยีจาก "ต่อเนื่อง" ไปสู่ "พัลส์"
หลักการสำคัญคือการลดความร้อนเข้าทั้งหมดและให้ "เวลาในการทำความเย็น" ที่เพียงพอสำหรับวัสดุ ความสำเร็จนี้ทำได้โดยอาศัยเทคโนโลยีหลักสองประการ:
►1. การใช้เลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลซ์ – โซลูชั่นหลัก
เลเซอร์พัลซ์ต่างจากเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง-ตรงที่ปล่อย "พัลส์เลเซอร์" ที่ความถี่สูงมากและมีระยะเวลาสั้นมาก (ระดับนาโนวินาที พิโควินาที หรือแม้แต่เฟมโตวินาที) แต่ละพัลส์จะสร้างจุดเล็กๆ ของการระเหยหรือการกลายเป็นไอ ในขณะที่ในระหว่างช่วงเวลาระหว่างพัลส์ วัสดุจะเย็นลงอย่างเพียงพอ
►2. การเพิ่มประสิทธิภาพ Assist Gas – องค์ประกอบการทำงานร่วมกันที่ขาดไม่ได้
ก๊าซช่วยเหลือมีบทบาทสองประการในการตัดด้วยเลเซอร์: การดีดวัสดุที่หลอมละลายและการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางเคมี การเลือกใช้ก๊าซมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อวัสดุที่มีแนวโน้มออกซิเดชัน- เช่น ผ้าสักหลาดไทเทเนียมและนิกเกิล
ตัวเลือกที่ต้องการ: ก๊าซเฉื่อยที่มีความบริสุทธิ์สูง- (เช่น อาร์กอน, อาร์)
ฟังก์ชั่น: สร้างบรรยากาศการป้องกัน โดยแยกคมตัดออกจากออกซิเจนและไนโตรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อป้องกันปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิสูง ในขณะเดียวกัน การไหลของก๊าซความเร็วสูง-จะขจัดวัสดุที่ระเหยหรือหลอมเหลวน้อยที่สุดออกจากรอยตัดทันที เพื่อป้องกันการ-สะสมตัวและแข็งตัวบนขอบไฟเบอร์
ใช้ด้วยความระมัดระวัง: ออกซิเจน/อากาศอัด
ในขณะที่การตัดด้วยออกซิเจนของเหล็กกล้าคาร์บอนจะเพิ่มความเร็วผ่านปฏิกิริยาคายความร้อน สำหรับไทเทเนียมและนิกเกิล จะทำให้เกิดออกซิเดชันอย่างรุนแรงที่คมตัด ทำให้เกิดชั้นออกไซด์ที่หนาและเปราะตามด้วยการหลอมเหลวอย่างมีนัยสำคัญ และควรหลีกเลี่ยงอย่างเคร่งครัด
3. การควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการหลัก: บรรลุ "การผ่าตัดด้วยไมโคร" ที่มีความแม่นยำ
แม้ว่าจะใช้เลเซอร์แบบพัลซิ่งและก๊าซเฉื่อย การตั้งค่าพารามิเตอร์ยังเป็นขั้นตอนสุดท้ายที่ตัดสินความสำเร็จ
►กำลังไฟฟ้าสูงสุดและความถี่พัลส์: กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่สูงขึ้นทำให้วัสดุกลายเป็นไอได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ความถี่พัลส์ที่เหมาะสม (ไม่จำเป็นต้องสูงกว่านั้นจะดีกว่า) จะต้องตรงกับความเร็วตัดเพื่อให้แน่ใจว่ามีเวลาเย็นเพียงพอสำหรับแต่ละพัลส์
►ความเร็วตัด: ความเร็วที่ช้าเกินไปส่งผลให้มีความร้อนมากเกินไป เร็วเกินไปอาจส่งผลให้มีการตัดไม่สมบูรณ์หรือขอบหยาบ เป้าหมายคือการใช้ความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้ในขณะเดียวกันก็รับประกันการเจาะที่สมบูรณ์
►ตำแหน่งโฟกัส: จัดตำแหน่งโฟกัสบนหรือภายในพื้นผิววัสดุอย่างแม่นยำเพื่อให้ได้เส้นผ่านศูนย์กลางจุดที่เล็กที่สุดและความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดสำหรับการตัดที่ละเอียดยิ่งขึ้น
►อัตราการไหลของหัวฉีดและแก๊ส: เลือกเส้นผ่านศูนย์กลางหัวฉีดที่เหมาะสมและรับรองว่ามีก๊าซเฉื่อยที่มีความบริสุทธิ์สูง-ไหลอย่างเสถียรและเพียงพอ เพื่อสร้างม่านป้องกันที่มีประสิทธิภาพและความสามารถในการดีดออกที่มีประสิทธิภาพ
