อะไรทำให้เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์โดดเด่น

เทคโนโลยีเลเซอร์หลักที่กำหนดเครื่องเลเซอร์มาร์คกิ้งประสิทธิภาพสูง

การเข้าใจประเภทของเลเซอร์ CO2, ไฟเบอร์, ไดโอด-ปั๊ม, สีเขียว และยูวี

อุปกรณ์การทําเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ในปัจจุบันมักใช้หนึ่งในห้าเทคโนโลยีหลัก ได้แก่ เลเซอร์ CO2, เลเซอร์ไฟเบอร์, เลเซอร์ไดโอดแบบพัมพ์, เลเซอร์สีเขียว และเลเซอร์ยูวี เลเซอร์ชนิด CO2 ทำงานได้ดีกับวัสดุเช่น ไม้และอะคริลิก เนื่องจากความยาวคลื่นยาวประมาณ 10,600 นาโนเมตร ขณะที่เลเซอร์ไฟเบอร์ที่ประมาณ 1,064 นาโนเมตร เป็นตัวเลือกที่นิยมสำหรับงานโลหะ เพราะให้พลังงานสูงกว่าและถูกดูดซับได้ดีขึ้นโดยโลหะส่วนใหญ่ ส่วนวัสดุที่ทนความร้อนไม่ดีนัก เลเซอร์สีเขียวที่ 532 นาโนเมตร และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเลเซอร์ยูวีที่ 355 นาโนเมตร จะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า การทดสอบบางอย่างแสดงให้เห็นว่าเลเซอร์ยูวีสามารถดูดซับพลังงานได้สูงถึง 98% เมื่อทำงานบนพื้นผิวกระจก ซึ่งสูงกว่าเลเซอร์อินฟราเรดมาก (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในวารสาร Laser Tech Journal จากปีที่แล้ว) การเลือกความยาวคลื่นที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุเป็นอย่างมาก นั่นคือเหตุผลที่บริษัทที่ผลิตชิ้นส่วนเครื่องบินมักต้องตัดสินใจระหว่างตัวเลือก CO2 กับไฟเบอร์เมื่อต้องทำงานกับชิ้นส่วนอลูมิเนียมและชั้นเคลือบพอลิเมอร์พิเศษ

ทำไม MOPA Fiber Lasers จึงให้การควบคุมและความยืดหยุ่นที่เหนือกว่า

เลเซอร์แบบ MOPA ซึ่งย่อมาจาก Master Oscillator Power Amplifier สามารถปรับระยะเวลาของพัลส์ได้ตั้งแต่ 4 นาโนวินาที ไปจนถึง 200 นาโนวินาที การสามารถปรับค่านี้ได้ทำให้ผู้ผลิตควบคุมความลึกของการทำเครื่องหมายบนวัสดุได้อย่างแม่นยำ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่เพียง 0.01 มิลลิเมตร ไปจนถึง 0.5 มิลลิเมตร นอกจากนี้ยังมีผลต่อปัจจัยอื่นๆ เช่น การเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิวอีกด้วย ความสามารถของเลเซอร์เหล่านี้ถือว่าน่าประทับใจมาก เพราะสามารถใช้งานได้ดีเยี่ยมในการสร้างพื้นผิวสีเข้มที่จำเป็นสำหรับเครื่องมือทางการแพทย์หลังการผ่าตัด และยังสามารถทำเครื่องหมายได้อย่างชัดเจนบนวัสดุเช่น อลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการอะโนไดซิง ตามรายงานการวิจัยบางฉบับที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วในวารสารอุตสาหกรรม บริษัทที่ใช้ระบบ MOPA มีความจำเป็นในการแก้ไขข้อผิดพลาดลดลงเกือบสองในสาม เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเลเซอร์พัลส์คงที่รุ่นเก่า ในงานที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุหลายประเภทรวมกัน

ความยาวคลื่นส่งผลต่อคุณภาพการเลเซอร์มาร์กิ้งบนวัสดุต่างๆ อย่างไร

ความยาวคลื่นเป็นตัวกำหนดว่าพลังงานเลเซอร์จะมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุอย่างไร:

• อินฟราเรดใกล้ (1,064 นาโนเมตร) : เหมาะที่สุดสำหรับโลหะ เช่น เหล็กสเตนเลสและไทเทเนียม
• แสงสีเขียว (532 นาโนเมตร) : ลดการกระจายความร้อนในการกัดแผงวงจรพีซีบี
• ยูวี (355 นาโนเมตร) : ทำให้สามารถมาร์กแบบเย็นบนซิลิโคนและพีอีทีได้โดยไม่เกิดการละลาย

ความยาวคลื่นที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้วัสดุดูดซับพลังงานลดลง 40–70% ตามมาตรฐาน ISO 133332:2023 ซึ่งชี้ให้เห็นถึงความสำคัญของการเลือกใช้ชนิดของเลเซอร์ให้สอดคล้องกับวัสดุพื้นฐาน

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลัก: พลังงานเลเซอร์ ความเร็วในการสแกน และความละเอียด

ปริมาณพลังงานเลเซอร์ที่มีอยู่ ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 20 วัตต์ ถึง 300 วัตต์ มีผลโดยตรงต่อความเร็วในการทำเครื่องหมาย และระดับความลึกที่สามารถเจาะเข้าสู่วัสดุได้ ยกตัวอย่างเช่น ระบบกำลัง 50 วัตต์ เมื่อทำงานกับอลูมิเนียม จะสามารถทำงานที่ความเร็วประมาณ 7,000 มิลลิเมตรต่อวินาที พร้อมทั้งรักษาระดับความลึกของการทำเครื่องหมายไว้ที่ประมาณ 0.02 มิลลิเมตร สแกนเนอร์แบบกาลโว (Galvo) ที่ทำงานด้วยความเร็วสูง ซึ่งสามารถเร่งความเร็วได้ระหว่าง 2,500 ถึง 4,000 มิลลิเมตรต่อวินาทีกำลังสอง ทำให้สามารถสร้างเส้นที่ละเอียดมากจนมีขนาดเพียง 10 ไมโครเมตร ข้อกำหนดเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องสร้างคิวอาร์โค้ดขนาดเล็ก หรือเครื่องหมายระบุตัวตนเฉพาะตัว การหาจุดสมดุลที่เหมาะสมระหว่างปัจจัยต่างๆ เหล่านี้ ไม่เพียงแต่ช่วยลดการใช้พลังงานลงได้ประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์ แต่ยังรับประกันได้ว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายจะเป็นไปตามมาตรฐาน MIL-STD-130 ที่เข้มงวดในเรื่องความชัดเจนในการอ่าน

ความเข้ากันได้ของวัสดุ: บทบาทของมันในการกำหนดความแม่นยำและความถาวรของการทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์

ความเข้ากันได้ของวัสดุถือเป็นพื้นฐานสำคัญที่ส่งผลต่อผลลัพธ์ของการทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพ โดยส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพและความทนทานของการทำเครื่องหมาย การเลือกประเภทเลเซอร์ที่เหมาะสมกับวัสดุแต่ละชนิดจะช่วยป้องกันความเสียหายของผิววัสดุ และยังคงความชัดเจนอ่านออกได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมที่ต้องการเครื่องหมายถาวร

การทำเครื่องหมายบนโลหะ พลาสติก และชิ้นส่วนที่มีความไวต่อการเสียหาย โดยใช้ประเภทเลเซอร์ที่เหมาะสม

เหล็กกล้าไร้สนิมทำงานได้ดีมากกับเลเซอร์ไฟเบอร์ เพราะเครื่องจักรเหล่านี้สามารถรวมพลังงานจำนวนมากไว้ในพื้นที่ขนาดเล็ก ทำให้เหมาะสำหรับการแกะสลักตัวเลขและตัวอักษรได้อย่างคมชัด โดยไม่ทำให้ความแข็งแรงของโลหะลดลง อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงพลาสติก การเลือกความยาวคลื่นของเลเซอร์ที่เหมาะสมถือว่ามีความสำคัญมาก อุปกรณ์ทางการแพทย์มักจะถูกทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ยูวีที่ประมาณ 355 นาโนเมตร เนื่องจากสามารถป้องกันความเสียหายจากความร้อนที่อาจทำให้ชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อนบิดงอได้ สำหรับวัสดุประเภทบรรจุภัณฑ์พลาสติก บริษัทส่วนใหญ่มักใช้เลเซอร์ CO2 ที่ทำงานที่ประมาณ 10.6 ไมครอน เนื่องจากสามารถตัดผ่านพอลิเมอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการแกะสลักโลโก้ นอกจากนี้ งานวิจัยล่าสุดเมื่อปีที่แล้วยังค้นพบสิ่งที่น่าสนใจอีกด้วย นั่นคือ หากผู้ผลิตเลือกใช้เลเซอร์ชนิดที่ไม่เหมาะสมกับวัสดุที่ใช้ เครื่องหมายที่ได้อาจคงทนได้เพียงประมาณ 30% ของอายุการใช้งานที่ควรจะเป็น นี่จึงเป็นเหตุผลที่โรงงานหลายแห่งในปัจจุบันเริ่มให้ความสำคัญกับการศึกษาและวางแผนล่วงหน้า เพื่อหาข้อมูลให้แน่ชัดว่าการตั้งค่าแบบใดจะเหมาะสมที่สุดสำหรับงานแต่ละประเภท

บทบาทของคุณสมบัติวัสดุในการสร้างเครื่องหมายที่ทนทานและมีความคมชัดสูง

คุณสมบัติของวัสดุมีบทบาทสำคัญอย่างมากในการกำหนดการตั้งค่าเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด เช่น อลูมิเนียม ซึ่งสะท้อนแสงได้มากจนต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมเมื่อเทียบกับพื้นผิวที่ผ่านการออกซิไดซ์แล้ว พลาสติกวิศวกรรมนั้นมีลักษณะต่างออกไป เนื่องจากทำงานได้ดีกับความถี่พัลส์เฉพาะบางค่า มิฉะนั้นจะมีแนวโน้มไหม้หรือคาร์บอนเกินระหว่างกระบวนการผลิต เมื่อปรับแต่งอย่างเหมาะสม การปรับละเอียดนี้สามารถสร้างเครื่องหมายที่มีอัตราส่วนความคมชัดเกิน 90 ต่อ 1 บนเครื่องมือสเตนเลสสตีลที่ใช้ในหัตถการผ่าตัด ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดตามมาตรฐาน ISO 15223-1 สำหรับเครื่องหมายอุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งเป็นสิ่งที่โรงพยาบาลและคลินิกให้ความสำคัญอย่างยิ่งในการรับรองการระบุอุปกรณ์ของตนอย่างถูกต้อง

กรณีศึกษา: การทำเครื่องหมายสเตนเลสสตีลคุณภาพสูงโดยใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ไฟเบอร์

บริษัทผู้ผลิตแห่งหนึ่งเพิ่งสามารถสร้างเครื่องหมายคุณภาพระดับอวกาศบนชิ้นส่วนสแตนเลส 304 โดยใช้ระบบเลเซอร์ไฟเบอร์แบบ MOPA กำลัง 50 วัตต์ หลังจากปรับแต่งค่าต่างๆ ให้มีความถี่พัลส์ประมาณ 200 กิโลเฮิรตซ์ และตั้งค่าความเร็วการสแกนไว้ที่ประมาณ 1,500 มิลลิเมตรต่อวินาที พวกเขาก็สามารถทำเครื่องหมายได้อย่างแม่นยำมาก ลึกราวกับ 0.1 มิลลิเมตร และมีความแม่นยำของเส้นเพียง 12 ไมโครเมตร ผลลัพธ์เหล่านี้กลับดีเกินกว่าข้อกำหนดตามมาตรฐาน MIL-STD-130N สำหรับการระบุชิ้นส่วน สิ่งที่ปรับปรุงขึ้นมานี้ส่งผลอย่างชัดเจน—จำนวนชิ้นส่วนที่ต้องนำกลับไปทำใหม่ลดลงประมาณ 40% และผลผลิตโดยรวมเพิ่มขึ้นสูงถึง 1,200 ชิ้นต่อชั่วโมง

ความแม่นยำ ความเร็ว และคุณภาพ: ตัวชี้วัดประสิทธิภาพสำคัญของเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ที่โดดเด่น

การรับประกันความถูกต้องสำหรับการตรวจสอบย้อนกลับในอุตสาหกรรมและการปฏิบัติตามข้อกำหนด

ระบบเลเซอร์มาร์กคุณภาพสูงสามารถบรรลุความแม่นยำในการจัดตำแหน่งภายใน 0.02 มม. (ISO 9001:2015) ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนอากาศยานที่ต้องการตัวระบุถาวร ในอุตสาหกรรมการผลิตทางการแพทย์ ความแม่นยำนี้ทำให้สามารถสร้างรหัส UDI ที่สแกนได้สำเร็จถึง 99.9% (FDAAA 2023) เพื่อสนับสนุนการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านการติดตามทั่วโลก

การเพิ่มประสิทธิภาพความเร็วในการมาร์ก โดยไม่ลดทอนความทนทานหรือความชัดเจน

ระบบที่ดีที่สุดสามารถทำความเร็วได้ถึงประมาณ 7,000 อักขระต่อวินาที และยังคงผลิตเครื่องหมายที่ชัดเจนและคงทนซึ่งทุกคนต้องการ สิ่งที่ทำให้ระบบเหล่านี้โดดเด่นคือเทคโนโลยีการปรับคลื่นพัลส์ขั้นสูง ซึ่งช่วยป้องกันปัญหาความเสียหายจากความร้อนเมื่อทำงานกับวัสดุที่บอบบาง เช่น แผ่นโลหะบางหรือพลาสติกบางชนิด สำหรับผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ หมายความว่าพวกเขาสามารถทำเครื่องหมายชิ้นส่วนเครื่องยนต์ได้ประมาณ 2,000 ชิ้นต่อชั่วโมง โดยไม่ลดประสิทธิภาพในการต้านสนิมและกัดกร่อนของโลหะผสมสังกะสี และนี่คือสิ่งที่น่าสนใจ แม้จะมีการทำเครื่องหมายอย่างต่อเนื่อง ความคมชัดยังคงอยู่ในระดับที่ค่อนข้างดี โดยมีค่าคอนทราสต์ไม่ต่ำกว่า 20% ตามมาตรฐาน ASTM (B487-22) ซึ่งถือว่าประทับใจมากสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและแนวโน้มนวัตกรรมที่ขับเคลื่อนการพัฒนาเครื่องเลเซอร์ทำเครื่องหมาย

การใช้งานที่สำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และการผลิตอิเล็กทรอนิกส์

อุปกรณ์เลเซอร์มาร์กกิ้งมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในหลายอุตสาหกรรมในปัจจุบัน บริษัทรถยนต์ต่างพึ่งพาเลเซอร์ไฟเบอร์ในการแกะสลักเลขหมายรถประจำคัน (VIN) ที่ไม่ซ้ำกันลงบนยานพาหนะ รวมถึงการมาร์กชิ้นส่วนความปลอดภัยต่างๆ ด้วย โดยตามรายงานล่าสุดในปี 2024 เกี่ยวกับเทคโนโลยีเลเซอร์ ระบุว่าสามารถบรรลุความแม่นยำได้ประมาณ 10 ไมครอน ความแม่นยำระดับนี้ช่วยให้สามารถปฏิบัติตามข้อกำหนดต่างๆ ของการติดตามสินค้าทั่วโลกได้อย่างครอบคลุม สำหรับการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ผู้ผลิตจะใช้เลเซอร์ยูวีแทน เลเซอร์ชนิดพิเศษนี้สร้างเครื่องหมายที่ไม่ระคายเคืองเนื้อเยื่อในร่างกาย และยังคงรักษาสภาพปลอดเชื้อไว้ได้ ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งหากต้องการให้ผลิตภัณฑ์ได้รับการอนุมัติจากหน่วยงานกำกับดูแล เช่น FDA หรือปฏิบัติตามข้อบังคับอุปกรณ์การแพทย์ของสหภาพยุโรป ส่วนในอุตสาหกรรมการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ก็มีความต้องการเฉพาะตัว พวกเขาใช้เลเซอร์แบบไดโอดปั๊มเร็วพิเศษ (ultrafast diode pumped lasers) เพื่อทำเครื่องหมายระบุตัวตนบนแผงวงจรไฟฟ้า และแม้แต่ชิ้นส่วนขนาดเล็กมากภายในสมาร์ทโฟนบางระบบสามารถประมวลผลได้มากกว่าสองหมื่นตัวอักษรต่อนาที ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมากเมื่อพิจารณาจากขนาดที่เล็กมากของชิ้นส่วนเหล่านี้

ความต้องการเลเซอร์ยูวีและเลเซอร์สีเขียวที่เพิ่มขึ้นในแอปพลิเคชันที่ไวต่อความร้อน

การคัดเลือกอย่างเป็นกลยุทธ์: การจับคู่ความสามารถของเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ให้สอดคล้องกับความต้องการของงาน

การเลือกระบบให้เหมาะสมขึ้นอยู่กับสี่ปัจจัยหลัก:

การจัดแนวเชิงกลยุทธ์นี้อธิบายว่าทำไมผู้นำในอุตสาหกรรมยานยนต์จึงรวมเลเซอร์ไฟเบอร์แบบ MOPA เข้ากับกระบวนการทำงานของ Industry 4.0 ในขณะที่ผู้ผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์เลือกใช้ระบบ UV ที่มีความเสถียรของความยาวคลื่นต่ำกว่า 5µm เมื่ออัตโนมัติขยายตัวมากขึ้น การจับคู่เฉพาะทางเหล่านี้ช่วยลดต้นทุนงานแก้ไขซ้ำได้ถึง 40% ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีปริมาณสูง

ส่วน FAQ

เลเซอร์ประเภทหลักที่ใช้ในเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์มีอะไรบ้าง

เลเซอร์ประเภทหลักที่ใช้ในเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ ได้แก่ เลเซอร์ CO2, เลเซอร์ไฟเบอร์, เลเซอร์ปั๊มด้วยไดโอด, เลเซอร์สีเขียว และเลเซอร์ UV

ทำไมเลเซอร์ไฟเบอร์จึงเป็นที่นิยมสำหรับการทำเครื่องหมายโลหะ

เลเซอร์ไฟเบอร์ ซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 1,064 นาโนเมตร เป็นที่นิยมสำหรับโลหะเพราะให้พลังงานสูงกว่าและถูกดูดซับได้ดีขึ้นโดยพื้นผิวโลหะ

เลเซอร์ไฟเบอร์แบบ MOPA แตกต่างจากเลเซอร์ชนิดอื่นอย่างไร

เลเซอร์ไฟเบอร์แบบ MOPA อนุญาตให้ปรับระยะเวลาของพัลส์ได้ ทำให้ควบคุมความลึกของการทำเครื่องหมายและผลของพื้นผิวได้ดียิ่งขึ้น จึงมีความหลากหลายในการใช้งานสูงกว่าเลเซอร์ที่มีพัลส์คงที่

อุตสาหกรรมใดที่พึ่งพาเทคโนโลยีการทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์อย่างหนัก

อุตสาหกรรมยานยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ พึ่งพาเทคโนโลยีการเลเซอร์มาร์กอย่างหนักเพื่อให้ได้ความแม่นยำและการปฏิบัติตามข้อกำหนดระดับโลก