แหล่งกำเนิดเลเซอร์สร้างลำแสงที่เข้มข้นเหล่านี้ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะควบคุมความลึกของการตัด และรายละเอียดที่สามารถทำได้ในการแกะสลัก เมื่อพูดถึงการใช้งานกับวัสดุอย่างเช่น ไม้ หรือผ้า เลเซอร์ CO2 จะครองตลาด โดยสถิติจากอุตสาหกรรมเมื่อปีที่แล้วแสดงให้เห็นว่า เลเซอร์ประเภทนี้มีสัดส่วนประมาณสองในสามของระบบเลเซอร์ทั้งหมดที่ใช้งานอยู่ ส่วนเลเซอร์ไฟเบอร์นั้น เหมาะมากสำหรับการสร้างรายละเอียดที่ละเอียดเป็นพิเศษบนพื้นผิวโลหะ เช่น เหล็กสเตนเลส ระดับพลังงานนั้นมีความแตกต่างกันมาก ผู้ที่ใช้งานเพื่อความบันเทิงอาจเริ่มต้นที่ประมาณ 40 วัตต์ ในขณะที่โรงงานขนาดใหญ่จำเป็นต้องใช้เครื่องจักรที่มีกำลังมากกว่าหนึ่งพันวัตต์ และน่าสนใจคือ เลเซอร์ไดโอดได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในช่วงหลังสำหรับการแกะสลักพลาสติกบางชนิด เพราะมีค่าใช้จ่ายในการดำเนินการที่ต่ำกว่า
ระบบเลเซอร์ใช้เลนส์ซิงค์ซีลีไนด์ความบริสุทธิ์สูงร่วมกับกระจกสะท้อนที่เคลือบด้วยทองคำ เพื่อนำทางลำแสงอย่างเหมาะสม เมื่อพูดถึงการเลือกความยาวโฟกัสที่เหมาะสม ความหนาของวัสดุถือเป็นปัจจัยสำคัญอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่นงานเครื่องประดับ ซึ่งเลนส์ขนาด 2.5 นิ้วจะสร้างจุดแสงขนาดเล็กเพียง 0.1 มม. ที่จำเป็นสำหรับชิ้นงานที่ละเอียดอ่อน ในทางกลับกัน วัสดุที่หนากว่า เช่น ไม้ จะต้องใช้ขนาดใหญ่กว่า ดังนั้นเลนส์ขนาด 4 นิ้วจะทำงานได้ดีกว่าเมื่อต้องจัดการแผ่นไม้ที่มีความหนาถึง 20 มม. และอย่าลืมเรื่องการเคลือบป้องกันฝุ่นด้วย การเคลือบพิเศษเหล่านี้ช่วยรักษาประสิทธิภาพการส่งผ่านแสงไว้มากกว่า 98% แม้หลังจากการใช้งานมาหลายพันชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าจะมีเวลาหยุดทำงานและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาน้อยลงในระยะยาว
เครื่องเลเซอร์แกะสลักสมัยใหม่ใช้มอเตอร์เซอร์โวแบบลูปปิดและเซ็นเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถควบคุมตำแหน่งได้แม่นยำถึง ±0.01 มม. ซอฟต์แวร์เฉพาะของบริษัทแปลงแบบดีไซน์เวกเตอร์เป็นรหัส G-code โดยประสานการปล่อยลำแสงเลเซอร์สูงสุด 100 กิโลเฮิรตซ์ เข้ากับการเคลื่อนที่ตามแนวแกน XY โมเดลขั้นสูงยังรวมถึงระบบตรวจจับการชนและการปรับเทียบกำลังงานโดยอัตโนมัติ ช่วยลดข้อผิดพลาดในการตั้งค่าลง 73% เมื่อเทียบกับระบบที่ตั้งค่าด้วยมือ
เตียงอลูมิเนียมที่ผ่านการเคลือบด้วยกระบวนการอะโนไดซ์และติดตั้งแผ่นแทรกแบบรังผึ้งนั้นช่วยระบายความร้อนส่วนเกินออกได้จริงเมื่อทำการแกะสลักโลหะเป็นเวลานาน ซึ่งจะป้องกันไม่ให้โลหะบิดงอตามกาลเวลา โต๊ะสุญญากาศที่เราเห็นในโรงงานงานต่างๆ ในปัจจุบันโดยทั่วไปสามารถรองรับแรงดันได้ประมาณ 0.8 บาร์ และทำหน้าที่ยึดวัสดุต่างๆ เช่น แผ่นหนังให้อยู่กับที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน ก็มีแพลตฟอร์มขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ตามแนวแกน Z ที่ทำให้สามารถประมวลผลชิ้นงาน 3 มิติหลายชิ้นพร้อมกันได้ โดยไม่จำเป็นต้องปรับด้วยมืออยู่ตลอดเวลา สำหรับงานละเอียดพิเศษ โครงสร้างอุตสาหกรรมที่สร้างจากหินแกรนิตแข็งหรือคอมโพสิตเหล็กพิเศษสามารถลดการสั่นสะเทือนให้น้อยกว่า 5 ไมครอนได้ ความมั่นคงในระดับนี้ถือว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อทำงานที่ละเอียดอ่อน เช่น การทำเครื่องหมายบนแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งแม้เพียงการเคลื่อนไหวเล็กน้อยที่สุดก็อาจทำให้ชุดผลิตภัณฑ์ทั้งหมดเสียหายได้
เลเซอร์ CO2 ทำงานได้ดีมากสำหรับการแกะสลักวัสดุที่ทำจากของอินทรีย์ เนื่องจากความยาวคลื่น 10.6 ไมโครเมตรที่มีอยู่ ความยาวคลื่นนี้ดูเหมือนจะเข้ากันได้ดีกับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะในลักษณะที่ให้ผลลัพธ์ที่ดี เมื่อทำงานกับไม้ อคริลิก หนัง หรือผ้า เลเซอร์เหล่านี้สามารถสร้างรอยแกะสลักที่คมชัดได้โดยไม่เผาไหม้หรือละลายผิวที่บอบบาง ผลการทดสอบในอุตสาหกรรมบางอย่างระบุว่าคุณภาพของขอบยังคงอยู่เหนือ 98% บนวัสดุส่วนใหญ่ที่มีความหนาน้อยกว่า 12 มม. แต่นี่อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการตั้งค่าเครื่อง มีร้านงานจำนวนมากพบว่าเลเซอร์เหล่านี้มีความหลากหลายสูงมากในการผลิตป้ายต่างๆ และใช้ทำงานฝีมือต่างๆ ภายในโรงงาน อย่างไรก็ตาม ผู้ที่พยายามทำเครื่องหมายบนโลหะสะท้อนแสงจะพบอย่างรวดเร็วว่าทำไม CO2 จึงไม่ใช่ทางเลือกที่เหมาะสม ในกรณีนี้ โดยทั่วไปแล้วการใช้ระบบเลเซอร์ CO2 ให้เกิดประโยชน์สูงสุดนั้นควรยึดติดกับวัสดุที่นำความร้อนได้ไม่ดีนัก
เลเซอร์ไฟเบอร์สร้างเครื่องหมายบนโลหะได้อย่างแม่นยำสูงโดยใช้ลำแสงที่มีความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร ซึ่งสามารถขจัดวัสดุผิวหน้าออกได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายจากความร้อนต่อพื้นที่โดยรอบ เครื่องจักรเหล่านี้มักมีกำลังการผลิตตั้งแต่ 20 ถึง 60 วัตต์ และทำงานได้อย่างรวดเร็วอย่างน่าประหลาดใจบนโลหะ เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม อลูมิเนียม และโลหะผสมไทเทเนียมต่างๆ บางรุ่นสามารถทำงานได้เร็วถึงประมาณ 7,000 มิลลิเมตรต่อวินาทีในระหว่างการใช้งาน สิ่งที่ทำให้ระบบเหล่านี้น่าสนใจเป็นพิเศษคือ การที่พวกมันทำงานโดยไม่สัมผัสกับวัสดุโดยตรง ซึ่งหมายความว่าจะเกิดเศษวัสดุน้อยมากในกระบวนการนี้ ตามรายงานอุตสาหกรรมจาก Laserax ในปี 2023 ระบุว่า สิ่งนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาลงได้ประมาณ 34% เมื่อใช้ในการทำเครื่องหมายชิ้นส่วนรถยนต์และรถบรรทุก สำหรับผู้ผลิตที่ต้องเผชิญกับกำหนดการผลิตที่แน่นหนา ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเช่นนี้ย่อมสร้างความแตกต่างอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป
เลเซอร์คริสตัล Nd:YAG และวานาเดตสามารถผลิตพลังงานได้ระหว่าง 100 ถึง 300 วัตต์ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานแกะสลักแบบลึกบนวัสดุที่แข็งแกร่ง เช่น เหล็กเครื่องมือ โดยมีความลึกของการเจาะประมาณ 1.2 มิลลิเมตร แต่มีข้อควรพิจารณาอยู่ประการหนึ่ง ไดโอดปั๊มในระบบเลเซอร์เหล่านี้มักจะเสื่อมสภาพเร็วกว่าเลเซอร์ไฟเบอร์ประมาณสามเท่า ซึ่งแน่นอนว่าส่งผลกระทบต่างานบูรณะในระยะยาว เนื่องจากการติดตั้งที่เหมาะสมจำเป็นต้องมีการจัดแนวอย่างระมัดระวังโดยบุคลากรที่ผ่านการฝึกอบรม ผู้ผลิตส่วนใหญ่จึงจำกัดการใช้งานอุปกรณ์เหล่านี้ไว้กับงานเฉพาะทางที่ต้องการพลังงานสูงสุดพิเศษ อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ใช่เครื่องมือทั่วไปในโรงงาน แต่เป็นทางออกสำหรับปัญหาอุตสาหกรรมเฉพาะด้านที่อุปกรณ์ทั่วไปไม่สามารถตอบสนองได้
| ประเภทเลเซอร์ | ความยาวคลื่น | วัสดุหลัก | ความลึกสูงสุดในการแกะสลัก |
|---|---|---|---|
| CO2 | 10.6μm | ไม้, อะคริลิก, หนัง | 12 มิลลิเมตร |
| เส้นใย | 1,064nm | เหล็กไร้ขัดเหล็ก อลูมิเนียม | 0.8 มม. |
| คริสตัล | 532-1064nm | ไทเทเนียม, เหล็กเครื่องมือ | 1.5มม. |
ควรตรวจสอบใบรับรองวัสดุเสมอ เนื่องจากสารเติมแต่ง เช่น ตัวช่วยคงสภาพจากแสง UV ในพลาสติก อาจส่งผลต่อคุณภาพการแกะสลัก การทดสอบจากบุคคลที่สามแสดงให้เห็นว่าเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถทำให้เกิด ความคมชัดสูงขึ้น 62% บนอลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการอโนไดซ์ เมื่อเทียบกับวิธีอื่น
ระดับกำลังของเลเซอร์มีความแตกต่างอย่างมากในแง่ของการใช้งาน สำหรับเครื่องเลเซอร์ที่มีกำลังต่ำระหว่าง 5 ถึง 30 วัตต์ จะทำงานได้ดีกับงานแกะสลักแบบละเอียดบนพื้นผิวต่าง ๆ เช่น ไม้หรืออะคริลิก โดยสามารถทำรายละเอียดได้แม่นยำถึงประมาณ 0.001 มม. ในทางกลับกัน เครื่องขนาดใหญ่ที่มีค่าเรทไว้ที่ 50 วัตต์ขึ้นไป สามารถตัดวัสดุหนาแน่นอย่างโลหะและเซรามิกได้อย่างรวดเร็ว บางครั้งเร็วเกินกว่า 300 มม. ต่อวินาที อย่างไรก็ตาม จากการสำรวจการใช้งานเลเซอร์ในอุตสาหกรรมช่วงปลายปี 2024 พบสิ่งที่น่าสนใจว่า เครื่องจักรที่มีกำลังสูงเหล่านี้ใช้ไฟฟ้ามากกว่าเครื่องขนาดเล็กประมาณ 40% แต่สามารถลดระยะเวลาการผลิตลงได้ราวครึ่งหนึ่งในสภาพแวดล้อมโรงงาน สำหรับธุรกิจขนาดเล็กจำนวนมากที่ต้องจัดการกับวัสดุหลากหลายประเภท รวมถึงผลิตภัณฑ์หนังและอลูมิเนียมบางชนิดที่ผ่านการบำบัดแล้ว ระบบที่มีกำลังปานกลางซึ่งอยู่ระหว่าง 20 ถึง 40 วัตต์ มักจะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด โดยสร้างสมดุลที่ดีระหว่างประสิทธิภาพและการใช้งานจริง
ขนาดของพื้นที่แกะสลักเป็นตัวกำหนดว่าจะสามารถดำเนินโครงการประเภทใดได้ สำหรับพื้นที่ทำงานขนาดเล็กประมาณ 100x100 มม. นั้นเหมาะมากสำหรับงานอย่างเช่น เครื่องประดับ หรือต้นแบบอย่างรวดเร็ว แต่เมื่อพิจารณาเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่ 500x500 มม. หรือมากกว่านั้น พื้นที่ขนาดใหญ่นี้ทำให้ผู้ผลิตสามารถประมวลผลชิ้นงานหลายชิ้นพร้อมกันได้ เช่น ป้ายต่างๆ หรืองานแผ่นโลหะ ตามการวิจัยบางชิ้นเมื่อปีที่แล้ว บริษัทประมาณสองในสามที่ใช้งานเครื่องขนาดใหญ่เหล่านี้พบว่าเวลาในการผลิตลดลงประมาณหนึ่งในสี่ เพียงเพราะการแกะสลักชิ้นงานหลายชิ้นพร้อมกันเป็นชุด และยังมีคุณสมบัติอีกอย่างหนึ่งที่น่าสนใจที่ควรกล่าวถึงด้วย ระบบสมัยใหม่หลายรุ่นมีเตียงที่สามารถเก็บได้ รวมทั้งมีการปรับความสูงได้บนแกน Z ซึ่งหมายความว่าสามารถจัดการกับรูปร่างที่ไม่ธรรมดาได้หลากหลาย รวมถึงขวดแก้วทรงกลม หรือแม้แต่ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่โค้งงอ ทำให้การทำงานประจำวันโดยรวมยืดหยุ่นและปรับตัวได้ดียิ่งขึ้น
การติดตั้งแบบโมดูลาร์ทำให้สามารถเพิ่มกำลังเลเซอร์ เปลี่ยนเลนส์ หรือขยายรางได้ง่ายขึ้นตามความต้องการ ซึ่งหมายความว่าโรงงานสามารถจัดการกับวัสดุที่แตกต่างกันหรือเพิ่มปริมาณการผลิตได้โดยไม่จำเป็นต้องทิ้งระบบทั้งหมด งานศึกษาแสดงให้เห็นว่าการใช้ระบบโมดูลาร์สามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายได้ประมาณ 30% ภายในระยะเวลาห้าปี บริษัทหลายแห่งมักเริ่มต้นจากขนาดเล็ก เช่น การเปลี่ยนจากเลเซอร์ไฟเบอร์ 30 วัตต์ เป็น 60 วัตต์ เมื่อความต้องการเพิ่มขึ้น บางรายยังเพิ่มสายพานลำเลียงอัตโนมัติ เพื่อให้เครื่องทำงานในเวลากลางคืนได้โดยไม่ต้องควบคุมตลอดเวลา ความยืดหยุ่นนี้ช่วยประหยัดค่าใช้จ่าย ขณะเดียวกันก็ทำให้การดำเนินงานราบรื่นในทุกช่วงของการเติบโต
เครื่องแกะสลักเลเซอร์รุ่นใหม่อาศัย การบูรณาการซอฟต์แวร์ และการทำงานอัตโนมัติเพื่อปรับกระบวนการทำงานให้มีประสิทธิภาพและแม่นยำสูงสุด คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยแปลงแบบดิบให้กลายเป็นงานแกะสลักที่สมบูรณ์แบบ โดยลดการแทรกแซงของมนุษย์ให้น้อยที่สุด ทำให้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทั้งการใช้งานเชิงอุตสาหกรรมและงานสร้างสรรค์
ชุดอุปกรณ์ CAD/CAM รูปแบบใหม่สามารถนำไฟล์เวกเตอร์จากโปรแกรมต่างๆ เช่น Adobe Illustrator หรือ CorelDRAW ไปใช้งานได้ทันที โดยไม่จำเป็นต้องทำการติดตามเส้นด้วยมือซึ่งยุ่งยาก การทำงานของระบบที่พัฒนาขึ้นโดยใช้ API จะจัดการสิ่งต่างๆ โดยอัตโนมัติ เช่น การซิงค์เลเยอร์ของแบบ การปรับความหนาของเส้น และการตั้งค่าความลึกของการตัด ซึ่งช่วยลดเวลาในการตั้งค่าได้อย่างมาก จากการสำรวจมาตรฐานในอุตสาหกรรมเมื่อปีที่แล้ว ระบบนี้สามารถประหยัดเวลาได้ระหว่าง 35 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม ประโยชน์ที่แท้จริงจะเห็นได้ชัดเจนเมื่อทำงานกับวัสดุที่ซับซ้อน เช่น แผ่นอะคริลิก และแผ่นอลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการออกซิไดซ์ ซึ่งความแม่นยำมีความสำคัญสูงสุด การได้รายละเอียดที่ถูกต้องจะทำให้คุณภาพในการผลิตแตกต่างอย่างชัดเจน
ระบบโฟกัสอัตโนมัติสมัยใหม่ใช้เซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำประจุหรือเทคโนโลยีการมองเห็นของกล้องในการวัดความหนาของวัสดุระหว่างที่วัสดุเคลื่อนผ่านไป ทำให้รักษารอยโฟกัสให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมตลอดเวลา แม้จะทำงานกับวัสดุที่ไม่เรียบสมบูรณ์ก็ตาม เมื่อการทำงานในกระบวนการขนาดใหญ่มีความเข้มข้นมากขึ้น ระบบเหล่านี้จะเชื่อมต่อกับสายพานลำเลียงที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ ซึ่งเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถแกะสลักชิ้นงานได้หลายร้อยชิ้นต่อชั่วโมงโดยไม่ต้องหยุดพัก ตามรายงานการวิจัยอุตสาหกรรมล่าสุดเมื่อปีที่แล้ว โรงงานที่ใช้ระบบที่เป็นอัตโนมัติแบบนี้พบว่าผู้ปฏิบัติงานใช้เวลาน้อยลงมากในการปรับตั้งค่าต่าง ๆ ด้วยตนเอง ลดภาระงานที่ต้องใช้มือจัดการลงประมาณสามในสี่ของเดิม โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมที่ผลิตป้ายโลหะและผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกัน
สำหรับผู้ที่เพิ่งเริ่มต้นใช้งานระบบแบบ GRBL ที่ทำงานกับโปรเจกต์ไม้ ซอฟต์แวร์แบบลิขสิทธิ์จะมาพร้อมการตั้งค่าที่ใช้งานได้ทันทีตั้งแต่แกะกล่อง โดยมีการตั้งค่าวัสดุต่างๆ ไว้ให้เรียบร้อยแล้ว สิ่งนี้ทำให้การทำงานง่ายขึ้นมากเมื่อผู้ใช้ยังอยู่ในช่วงเรียนรู้ว่าทุกอย่างทำงานอย่างไร ขณะเดียวกัน ผู้ที่ต้องการควบคุมทุกรายละเอียดอย่างเต็มที่ มักจะหันไปใช้ตัวเลือกแบบโอเพ่นซอร์ส เช่น LightBurn ซึ่งสามารถปรับแต่งเกือบทุกอย่างได้ ตั้งแต่การตั้งค่าพลังงานไปจนถึงความเร็วในการตัด ในปัจจุบัน ระบบควบคุมด้วยหน้าจอสัมผัสสมัยใหม่มีความชาญฉลาดมากขึ้น หลายรุ่นอนุญาตให้ผู้ปฏิบัติงานสไลด์ผ่านเมนู หรือซูมดูสิ่งที่เกิดขึ้นแบบเรียลไทม์ผ่านกล้องในตัว ซึ่งช่วยให้ผู้เริ่มต้นสามารถใช้งานได้อย่างมั่นใจและคล่องตัวขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อพิจารณาเครื่องจักรระดับอุตสาหกรรม จะพบว่ามีฟีเจอร์ด้านความปลอดภัยที่แข็งแกร่งในตัว เช่น การตรวจจับการชนที่ช่วยป้องกันอุบัติเหตุอันสูญเสียค่าใช้จ่ายสูง และการตรวจสอบการใช้พลังงานที่คอยติดตามอัตราการใช้ไฟฟ้า ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากในโรงงานที่ต้องปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO ด้านการจัดการคุณภาพ
องค์ประกอบหลักของเครื่องแกะสลักเลเซอร์ ได้แก่ แหล่งกำเนิดเลเซอร์ เลนส์และกระจกสะท้อนแสง ระบบควบคุม และพื้นผิวทำงาน
เลเซอร์ CO2 มักใช้กับวัสดุอินทรีย์ เช่น ไม้และอะคริลิก เนื่องจากความยาวคลื่นของมัน ในขณะที่เลเซอร์ไฟเบอร์ถูกออกแบบมาเพื่อการปักหมายบนโลหะ โดยสร้างความเสียหายจากความร้อนน้อยที่สุด
ระดับพลังงานมีผลต่อความสามารถในการแกะสลักของเครื่อง โดยระบบที่มีพลังงานต่ำเหมาะสำหรับงานที่ต้องการรายละเอียดบนวัสดุอ่อน ในขณะที่ระบบที่มีพลังงานสูงจำเป็นต่อการใช้งานกับวัสดุที่แข็งกว่า เช่น โลหะ
การออกแบบแบบโมดูลาร์และสามารถปรับขยายได้ช่วยให้เครื่องจักรสามารถใช้งานได้ในระยะยาวและยืดหยุ่น โดยสามารถอัปเกรดพลังงานและชิ้นส่วนต่าง ๆ เพื่อรองรับความต้องการในการผลิตที่เพิ่มขึ้น โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนระบบใหม่ทั้งหมด