วิธีการควบคุมโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนสำหรับเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์

เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ลำแสงเลเซอร์ความหนาแน่นพลังงานสูงในการสร้างรอยที่คงทนบนพื้นผิวของวัสดุต่างๆ ระหว่างกระบวนการการทำเครื่องหมาย เลเซอร์จะสร้างความร้อนขึ้นบนพื้นผิววัสดุและบริเวณโดยรอบ จนเกิดเป็นโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) โซน HAZ อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนสี การไหม้ หรือความเค้นเฉพาะจุด ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของการทำเครื่องหมาย บทความนี้วิเคราะห์เรื่องโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนใน 3 ด้าน ได้แก่ กลไกการเกิด ปัจจัยที่มีอิทธิพล และวิธีการควบคุม

1. กลไกการเกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน

ในระหว่างการเลเซอร์มาร์กิ้ง ลำแสงเลเซอร์จะถูกโฟกัสไปยังพื้นผิวของชิ้นงานผ่านระบบโฟกัส วัสดุจะดูดซับพลังงานเลเซอร์ ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว และเกิดการกลายเป็นไอหรือหลอมเหลวในบริเวณท้องถิ่น ส่วนบริเวณรอบข้างที่ไม่ถูกกลายเป็นไออย่างสมบูรณ์จะมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเนื่องจากการนำความร้อน เกิดเป็นโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ลักษณะสำคัญของ HAZ ได้แก่

ขึ้นอยู่กับขนาดจุด: จุดเลเซอร์ที่ใหญ่กว่าจะกระจายความร้อนออกไปในพื้นที่ที่กว้างขึ้น ส่งผลให้ HAZ มีขนาดใหญ่ขึ้น

การนำความร้อนของวัสดุ: โลหะที่มีการนำความร้อนสูงจะกระจายความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ HAZ มีขนาดใหญ่ขึ้น ในขณะที่วัสดุที่มีการนำความร้อนต่ำจะกักเก็บความร้อนไว้ ส่งผลให้ HAZ มีขนาดเล็กลง

พลังงานและระยะเวลาของพัลส์: พัลส์ที่มีกำลังสูง ระยะเวลานาน หรือโหมดคลื่นต่อเนื่อง มักจะทำให้การแพร่กระจายของความร้อนเพิ่มขึ้น

2. ปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน

กำลังเลเซอร์
กำลังไฟที่สูงขึ้นจะทำให้วัสดุดูดซับพลังงานมากขึ้น อุณหภูมิพื้นผิวเพิ่มขึ้นเร็วขึ้น และการแพร่กระจายความร้อนกว้างขึ้น ทำให้ HAZ มีขนาดใหญ่ขึ้น

ความกว้างของพัลส์และอัตราการซ้ำ
เลเซอร์พัลส์สั้นจะรวมพลังงานไว้ โดยจำกัดความร้อนที่จุดโฟกัสและลดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ไว้ให้น้อยที่สุด พัลส์ยาวหรืออัตราการซ้ำสูงอาจทำให้ความร้อนสะสม ส่งผลให้ HAZ เพิ่มขึ้น

ขนาดจุดโฟกัสและตำแหน่งการโฟกัส
จุดโฟกัสที่เล็กและแม่นยำจะรวมความร้อนไว้ ทำให้เกิดรอยที่ชัดเจน แต่จุดโฟกัสที่ใหญ่หรือการตั้งค่าโฟกัสผิดตำแหน่งจะทำให้ความร้อนกระจายและขยายพื้นที่ HAZ

ความเร็วในการสแกน
การสแกนช้าจะทำให้เลเซอร์อยู่ในพื้นที่เดิมเป็นเวลานาน ส่งผลให้ความร้อนสะสมมากขึ้น การสแกนเร็วขึ้นจะช่วยลดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในพื้นที่นั้น และทำให้ HAZ ลดลง

คุณสมบัติของวัสดุ
การนำความร้อน อัตราการดูดซับ และจุดหลอมเหลวของวัสดุมีผลโดยตรงต่อการกระจายความร้อน ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมและทองแดงมีการนำความร้อนสูง จึงมี HAZ ที่ใหญ่ ในขณะที่พลาสติกและเซรามิกมี HAZ ที่เล็กกว่า

3. วิธีการควบคุมโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน

ปรับค่ากำลังเลเซอร์และพารามิเตอร์ของพัลส์ให้เหมาะสม
ปรับกำลัง พัลส์วิดท์ และอัตราการซ้ำตามคุณสมบัติของวัสดุ เพื่อรวมพลังงานที่จุดโฟกัสโดยไม่เกิดการกระจายความร้อนมากเกินไป พัลส์สั้นที่มีกำลังสูงสุดจะช่วยลดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปรับระบบโฟกัส
เลือกเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสเหมาะสม และตรวจสอบให้แน่ใจว่าจุดโฟกัสอยู่ตรงผิววัสดุอย่างแม่นยำ เพื่อป้องกันการกระจายความร้อน ขนาดจุดโฟกัสที่เล็กลงจะช่วยลด HAZ

เพิ่มความเร็วในการสแกน
เพิ่มความเร็วของเครื่องสแกนกาลาโวนอมิเตอร์หรือขั้นตอน XY เพื่อลดระยะเวลาที่เลเซอร์อยู่บนพื้นที่หนึ่งๆ ซึ่งจะช่วยลดการสะสมความร้อนในท้องถิ่น

การสลักด้วยหลายขั้นตอนหรือหลายรอบ
สำหรับวัสดุสีเข้มหรือหนา ให้ใช้หลายรอบด้วยพลังงานต่ำเพื่อสะสมความร้อนอย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยไม่ทำให้เกิด HAZ มากเกินไป

การทำความเย็นเสริม
ใช้การเป่าลมหรือการระบายความร้อนด้วยน้ำระหว่างกระบวนการสลัก เพื่อนำความร้อนออกจากผิววัสดุและควบคุมการแพร่กระจายของความร้อน

เลือกความยาวคลื่นของเลเซอร์ที่เหมาะสม
วัสดุดูดซับความยาวคลื่นที่ต่างกันในระดับที่แตกต่างกัน การเลือกความยาวคลื่นที่เหมาะสมจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำเครื่องหมายและลดการกระจายความร้อน จึงสามารถควบคุมโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ได้

โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเป็นปรากฏการณ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม โดยการปรับแต่งกำลังเลเซอร์ พารามิเตอร์ของพัลส์ ระบบโฟกัส ความเร็วในการสแกน และการใช้มาตรการระบายความร้อน สามารถควบคุมขนาดของ HAZ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของการทำเครื่องหมาย การควบคุม HAZ ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความชัดเจนและความแม่นยำในการทำเครื่องหมาย แต่ยังช่วยลดการเปลี่ยนรูปของวัสดุและความเสียหายบนผิว ส่งผลให้เป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับการการันตีความแม่นยำสูงในการทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์