ติดตามเราบนโซเชียลมีเดียเพื่อรับข่าวสารทันที
บทนำเกี่ยวกับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ในอุตสาหกรรมการผลิต
เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา เช่น อวกาศ ยานยนต์ อิเล็กทรอนิกส์ และอื่นๆ โดยมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ ผลผลิตแรงงาน และระบบอัตโนมัติ ในขณะเดียวกันก็ช่วยลดมลภาวะและการสิ้นเปลืองวัสดุ (กง, 2012)
การแปรรูปด้วยเลเซอร์ในวัสดุโลหะและอโลหะ
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา การประยุกต์ใช้กระบวนการเลเซอร์เป็นหลักนั้นอยู่ในวัสดุโลหะ รวมถึงการตัด การเชื่อม และการเคลือบผิว อย่างไรก็ตาม สาขานี้กำลังขยายไปสู่วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น สิ่งทอ แก้ว พลาสติก โพลิเมอร์ และเซรามิก วัสดุแต่ละชนิดเหล่านี้เปิดโอกาสในอุตสาหกรรมต่างๆ แม้ว่าจะมีเทคนิคการแปรรูปที่พัฒนาแล้วก็ตาม (Yumoto et al., 2017)
ความท้าทายและนวัตกรรมในการประมวลผลกระจกด้วยเลเซอร์
กระจกมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์ การก่อสร้าง และอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็นพื้นที่สำคัญสำหรับการแปรรูปด้วยเลเซอร์ วิธีการตัดกระจกแบบดั้งเดิมซึ่งใช้เครื่องมือโลหะผสมแข็งหรือเพชรนั้นมีข้อจำกัดในด้านประสิทธิภาพต่ำและขอบที่ไม่เรียบ ในทางตรงกันข้าม การตัดด้วยเลเซอร์เป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการผลิตสมาร์ทโฟน ซึ่งใช้การตัดด้วยเลเซอร์สำหรับฝาครอบเลนส์กล้องและหน้าจอแสดงผลขนาดใหญ่ (Ding et al., 2019)
การแปรรูปแก้วชนิดที่มีมูลค่าสูงด้วยเลเซอร์
กระจกประเภทต่างๆ เช่น กระจกออปติคอล กระจกควอตซ์ และกระจกแซฟไฟร์ ล้วนมีข้อจำกัดเฉพาะตัวเนื่องจากมีความเปราะบาง อย่างไรก็ตาม เทคนิคเลเซอร์ขั้นสูง เช่น การแกะสลักด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที ทำให้สามารถประมวลผลวัสดุเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ (Sun & Flores, 2010)
อิทธิพลของความยาวคลื่นต่อกระบวนการทางเทคโนโลยีเลเซอร์
ความยาวคลื่นของเลเซอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อกระบวนการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุเช่นเหล็กโครงสร้าง เลเซอร์ที่ปล่อยแสงในช่วงอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรดใกล้ และอินฟราเรดไกล ได้รับการวิเคราะห์เพื่อหาความหนาแน่นพลังงานวิกฤตสำหรับการหลอมและการระเหย (Lazov, Angelov, & Teirumnieks, 2019)
การประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายโดยอิงตามความยาวคลื่น
การเลือกความยาวคลื่นของเลเซอร์ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุและผลลัพธ์ที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ UV (ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแกะสลักที่แม่นยำและการตัดเฉือนขนาดเล็ก เนื่องจากสามารถสร้างรายละเอียดที่ละเอียดกว่าได้ ทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ในทางตรงกันข้าม เลเซอร์อินฟราเรดมีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับการประมวลผลวัสดุที่หนากว่าเนื่องจากความสามารถในการทะลุทะลวงที่ลึกกว่า ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมหนัก (Majumdar & Manna, 2013) ในทำนองเดียวกัน เลเซอร์สีเขียว ซึ่งโดยทั่วไปทำงานที่ความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร พบว่ามีประโยชน์ในงานที่ต้องการความแม่นยำสูงโดยมีผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในด้านไมโครอิเล็กทรอนิกส์สำหรับงานต่างๆ เช่น การสร้างแบบวงจร ในการใช้งานทางการแพทย์สำหรับขั้นตอนต่างๆ เช่น การแข็งตัวของเลือดด้วยแสง และในภาคพลังงานหมุนเวียนสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ความยาวคลื่นที่เป็นเอกลักษณ์ของเลเซอร์สีเขียวยังทำให้เหมาะสำหรับการทำเครื่องหมายและการแกะสลักวัสดุที่หลากหลาย รวมถึงพลาสติกและโลหะ ที่ต้องการความคมชัดสูงและลดความเสียหายต่อพื้นผิวให้น้อยที่สุด ความสามารถในการปรับตัวของเลเซอร์สีเขียวนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการเลือกความยาวคลื่นในเทคโนโลยีเลเซอร์ ซึ่งช่วยให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับวัสดุและการใช้งานเฉพาะด้าน
เดอะเลเซอร์สีเขียว 525 นาโนเมตรเลเซอร์สีเขียวเป็นเทคโนโลยีเลเซอร์ชนิดพิเศษที่มีลักษณะเฉพาะคือการปล่อยแสงสีเขียวที่ความยาวคลื่น 525 นาโนเมตร เลเซอร์สีเขียวที่ความยาวคลื่นนี้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในการรักษาจอประสาทตาด้วยแสง (Retinal Photocoagulation) ซึ่งพลังงานและความแม่นยำสูงเป็นประโยชน์อย่างมาก นอกจากนี้ยังอาจมีประโยชน์ในการแปรรูปวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาที่ต้องการการประมวลผลที่แม่นยำและมีผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด.การพัฒนาเลเซอร์ไดโอดสีเขียวบนพื้นผิว GaN ระนาบ c เพื่อให้ได้ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นในช่วง 524–532 นาโนเมตร ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีเลเซอร์ การพัฒนานี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการคุณลักษณะความยาวคลื่นเฉพาะ
แหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่องและแบบล็อกโหมด
แหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) และแบบกึ่งคลื่นต่อเนื่องที่ล็อกโหมดการทำงาน ที่ความยาวคลื่นต่างๆ เช่น อินฟราเรดใกล้ (NIR) ที่ 1064 นาโนเมตร สีเขียวที่ 532 นาโนเมตร และอัลตราไวโอเลต (UV) ที่ 355 นาโนเมตร ถูกนำมาพิจารณาสำหรับการโดปด้วยเลเซอร์ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเปล่งแสงเลือกได้ ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันมีผลต่อความสามารถในการปรับตัวและประสิทธิภาพในการผลิต (Patel et al., 2011)
เลเซอร์เอ็กไซเมอร์สำหรับวัสดุที่มีแถบพลังงานกว้าง
เลเซอร์เอ็กไซเมอร์ซึ่งทำงานที่ความยาวคลื่นยูวี เหมาะสำหรับการประมวลผลวัสดุที่มีแบนด์แก็ปกว้าง เช่น แก้วและพอลิเมอร์เสริมใยคาร์บอน (CFRP) โดยให้ความแม่นยำสูงและผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด (Kobayashi et al., 2017)
เลเซอร์ Nd:YAG สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม
เลเซอร์ Nd:YAG มีความสามารถในการปรับความยาวคลื่นได้หลากหลาย จึงถูกนำไปใช้ในงานหลายประเภท ความสามารถในการทำงานทั้งที่ความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตรและ 532 นาโนเมตร ทำให้มีความยืดหยุ่นในการประมวลผลวัสดุต่างๆ ตัวอย่างเช่น ความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตรเหมาะสำหรับการแกะสลักลึกบนโลหะ ในขณะที่ความยาวคลื่น 532 นาโนเมตรให้การแกะสลักพื้นผิวคุณภาพสูงบนพลาสติกและโลหะเคลือบ (Moon et al., 1999)
→สินค้าที่เกี่ยวข้อง：เลเซอร์โซลิดสเตทแบบต่อเนื่อง (CW) ที่ใช้ไดโอดเป็นแหล่งกำเนิดแสง มีความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร
การเชื่อมด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง
เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นใกล้เคียง 1000 นาโนเมตร ซึ่งมีคุณภาพลำแสงที่ดีและมีกำลังสูง ถูกนำมาใช้ในการเชื่อมโลหะด้วยเลเซอร์แบบรูเจาะ เลเซอร์เหล่านี้สามารถทำให้วัสดุระเหยและหลอมละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้ได้รอยเชื่อมที่มีคุณภาพสูง (Salminen, Piili, & Purtonen, 2010)
การบูรณาการการประมวลผลด้วยเลเซอร์กับเทคโนโลยีอื่นๆ
การบูรณาการกระบวนการเลเซอร์เข้ากับเทคโนโลยีการผลิตอื่นๆ เช่น การเคลือบและการกัดขึ้นรูป ส่งผลให้ระบบการผลิตมีประสิทธิภาพและใช้งานได้หลากหลายมากขึ้น การบูรณาการนี้เป็นประโยชน์อย่างยิ่งในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตเครื่องมือและแม่พิมพ์ และการซ่อมเครื่องยนต์ (Nowotny et al., 2010)
การประมวลผลด้วยเลเซอร์ในสาขาเกิดใหม่
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ขยายไปสู่สาขาที่กำลังเติบโต เช่น อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ จอแสดงผล และฟิล์มบาง ซึ่งนำเสนอความสามารถใหม่ๆ และปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุ ความแม่นยำของผลิตภัณฑ์ และประสิทธิภาพของอุปกรณ์ (Hwang et al., 2022)
แนวโน้มในอนาคตของการประมวลผลด้วยเลเซอร์
การพัฒนาในอนาคตของเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์มุ่งเน้นไปที่เทคนิคการผลิตแบบใหม่ การปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ การออกแบบชิ้นส่วนหลายวัสดุแบบบูรณาการ และการเพิ่มประโยชน์ทางเศรษฐกิจและกระบวนการ ซึ่งรวมถึงการผลิตโครงสร้างด้วยเลเซอร์อย่างรวดเร็วโดยควบคุมความพรุน การเชื่อมแบบไฮบริด และการตัดแผ่นโลหะด้วยเลเซอร์ (Kukreja et al., 2013)
เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ ด้วยการใช้งานที่หลากหลายและนวัตกรรมที่พัฒนาอย่างต่อเนื่อง กำลังกำหนดอนาคตของการผลิตและการแปรรูปวัสดุ ความอเนกประสงค์และความแม่นยำทำให้เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ผลักดันขอบเขตของวิธีการผลิตแบบดั้งเดิมให้ก้าวไปอีกขั้น
Lazov, L., Angelov, N., & Teirumnieks, E. (2019). วิธีการประมาณค่าเบื้องต้นของความหนาแน่นพลังงานวิกฤตในกระบวนการทางเทคโนโลยีเลเซอร์สิ่งแวดล้อม เทคโนโลยี ทรัพยากร รายงานการประชุมวิชาการและปฏิบัติการระดับนานาชาติ. ลิงก์
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A., & Bovatsek, J. (2011). การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบเปล่งแสงเลือกเฉพาะโดยใช้เลเซอร์โดปปิ้งด้วยความเร็วสูงโดยใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) 532 นาโนเมตร และแหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบกึ่งคลื่นต่อเนื่องแบบล็อกโหมดลิงก์
Kobayashi, M., Kakizaki, K., Oizumi, H., Mimura, T., Fujimoto, J., & Mizoguchi, H. (2017) การประมวลผลเลเซอร์กำลังสูง DUV สำหรับแก้วและ CFRPลิงก์
Moon, H., Yi, J., Rhee, Y., Cha, B., Lee, J., & Kim, K.-S. (1999). การเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าภายในโพรงเลเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพจากเลเซอร์ Nd:YAG แบบไดโอดปั๊มด้านข้างชนิดสะท้อนแสงแบบกระจายโดยใช้ผลึก KTPลิงก์
Salminen, A., Piili, H., & Purtonen, T. (2010) ลักษณะการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงวารสารของสถาบันวิศวกรเครื่องกล ภาค C: วารสารวิทยาศาสตร์วิศวกรรมเครื่องกล, 224, 1019-1029.ลิงก์
Majumdar, J. และ Manna, I. (2013). บทนำสู่การผลิตวัสดุด้วยเลเซอร์ช่วยลิงก์
กง, เอส. (2012). การวิจัยและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ขั้นสูงลิงก์
Yumoto, J., Torizuka, K. และ Kuroda, R. (2017). การพัฒนาระบบทดสอบการผลิตด้วยเลเซอร์และฐานข้อมูลสำหรับการประมวลผลวัสดุด้วยเลเซอร์วารสารวิศวกรรมเลเซอร์, 45565-570.ลิงก์
Ding, Y., Xue, Y., Pang, J., Yang, L.-j., และ Hong, M. (2019) ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการตรวจสอบในแหล่งกำเนิดสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์SCIENTIA SINICA ฟิสิกส์, เครื่องกล และดาราศาสตร์. ลิงก์
Sun, H. และ Flores, K. (2010). การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของโลหะแก้วก้อนขนาดใหญ่ที่มี Zr เป็นองค์ประกอบหลักซึ่งผ่านกระบวนการด้วยเลเซอร์ธุรกรรมโลหะวิทยาและวัสดุศาสตร์ A. ลิงก์
Nowotny, S., Muenster, R., Scharek, S. และ Beyer, E. (2010). เซลล์เลเซอร์แบบบูรณาการสำหรับการเคลือบและการกัดด้วยเลเซอร์แบบผสมผสานระบบอัตโนมัติในการประกอบ, 30(1), 36-38.ลิงก์
Kukreja, LM, Kaul, R., Paul, C., Ganesh, P., & Rao, BT (2013). เทคนิคการแปรรูปวัสดุด้วยเลเซอร์ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมในอนาคตลิงก์
Hwang, E., Choi, J. และ Hong, S. (2022). กระบวนการสุญญากาศที่ใช้เลเซอร์ช่วยแบบใหม่สำหรับการผลิตที่มีความแม่นยำสูงและให้ผลผลิตสูงระดับนาโน. ลิงก์
วันที่เผยแพร่: 18 มกราคม 2024