คู่มือการตัดพลาสติกด้วยเลเซอร์: วัสดุที่ตัดได้และวัสดุที่ห้ามตัดอย่างเด็ดขาด

คู่มือการตัดพลาสติกด้วยเลเซอร์: วัสดุที่ตัดได้และวัสดุที่ห้ามตัดอย่างเด็ดขาด

เหตุใดคำว่า "พลาสติก" จึงไม่ใช่วัสดุชนิดเดียว

แผ่นพลาสติกมาพร้อมกับสี ความหนา และราคา แต่สิ่งเหล่านี้สามประการนั้นไม่ได้บอกเลเซอร์เลยว่ามันกำลังจะทำอะไร

คำว่า "พลาสติก" หมายถึงกลุ่มวัสดุที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกันโดยสิ้นเชิง และลำแสง CO2 ที่ความยาวคลื่น 10.6 ไมครอนตอบสนองต่อองค์ประกอบทางเคมี ไม่ใช่ต่อป้ายชื่อที่ติดอยู่บนฟิล์มป้องกัน จึงเกิดผลตามมาสองประการ ซึ่งเป็นกรอบที่จัดระเบียบทุกเนื้อหาที่เหลือในคู่มือนี้

ค่าตั้งค่าต่างๆ ไม่สามารถใช้ร่วมกันระหว่างพลาสติกชนิดต่างๆ ได้ อะคริลิก โพลีสไตรีน และ ABS อาจดูคล้ายกันเมื่อวางเรียงอยู่บนชั้นวาง แต่กลับมีพฤติกรรมต่างกันอย่างสิ้นเชิงเมื่อใช้พลังงานและความเร็วเท่ากัน ไฟล์เดียวกันที่ตัดได้สะอาดบนวัสดุชนิดหนึ่ง อาจเกิดการละลายเป็นลูกกลม ยืดเป็นเส้น หรือลุกไหม้เมื่อใช้กับอีกชนิดหนึ่ง

พลาสติกบางชนิดห้ามตัดโดยเด็ดขาด ไม่ว่าจะใช้ค่าตั้งค่าใดก็ตาม ไม่ใช่เพราะขอบตัดจะดูไม่สวยงาม แต่เพราะกระบวนการนั้นปล่อยก๊าซที่ทำลายเครื่องจักรและเป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงาน การเพิ่มลมช่วย การปรับความเร็ว หรือการกรองอย่างไรก็ไม่สามารถเปลี่ยนวัสดุที่ห้ามใช้ให้กลายเป็นงานที่ปลอดภัยได้ นี่คือการตัดสินใจเกี่ยวกับวัสดุ ไม่ใช่การตัดสินใจเกี่ยวกับพารามิเตอร์

พลาสติกเทอร์โมพลาสติกส่วนใหญ่ถูกตัดด้วยการหลอมและระเหย ดังนั้นขอบที่เกิดจากการตัดจึงแท้จริงแล้วคือส่วนที่หลอมละลายแล้วแข็งตัวใหม่ นี่คือเหตุผลที่ขอบของพลาสติกมีลักษณะเป็นมัน เหนียว หรือติดมือ แทนที่จะเรียบสะอาดและเป็นเส้นใยเหมือนไม้ ปริมาณของส่วนที่หลอมละลายและอัตราการเย็นตัวจะกำหนดลักษณะของขอบ

เทอร์โมเซตส์นั้นมีลักษณะต่างออกไปอีก ตัวอย่างเช่น อีพอกซี ฟีนอลิก และแผ่นเสริมใยแก้วไม่สามารถหลอมละลายได้ แต่จะไหม้เกรียม แตกเป็นผง และทิ้งขอบที่หยาบกร้าน วัสดุเหล่านี้จึงไม่ใช่ถูกตัด แต่ถูกทำลายให้เป็นเส้นตรง

รายการวัสดุที่ห้ามตัดเด็ดขาด

ส่วนนี้ของคู่มือควรพิมพ์ออกมาและติดไว้บนผนัง วัสดุทุกชนิดที่ระบุข้างล่างนี้จะไม่ถูกตัดโดยเด็ดขาด ไม่ว่าความหนา ค่าการตั้งค่าเครื่อง หรือขนาดงานจะเล็กเพียงใด

หมายเหตุเชิงปฏิบัติสองข้อเกี่ยวกับรายการนี้

ข้อแรก ข้อโต้แย้งด้านเศรษฐกิจมีน้ำหนักมากกว่าข้อโต้แย้งด้านสุขภาพสำหรับอู่ส่วนใหญ่ และควรชี้แจงอย่างชัดเจน: แก๊สคลอรีนทำลายชั้นเคลือบออปติคัลและพื้นผิวโลหะที่สัมผัส งานชิ้นเดียวที่ทำจาก PVC อาจทิ้งคราบบางๆ บนเลนส์ และเริ่มก่อให้เกิดการกัดกร่อนบริเวณรางนำทาง ซึ่งจะแสดงผลออกมาภายหลังเป็นคุณภาพการตัดที่ลดลงหลังผ่านไปหลายเดือน นี่คือเหตุผลที่กฎข้อนี้ไม่มีข้อยกเว้นแม้แต่สำหรับ 'ชิ้นส่วนเล็กๆ เพียงชิ้นเดียว'

ประการที่สอง รายการนี้รวมวัสดุที่สามารถตัด เลื่อย หรือกัดได้อย่างปลอดภัยอย่างยิ่ง อีเทอร์อะเซทัล (acetal) และพีวีซี (PVC) เป็นวัสดุวิศวกรรมทั่วไป ข้อจำกัดนี้ใช้กับกระบวนการแปรรูปด้วยความร้อน ไม่ใช่กับการมีอยู่ของวัสดุนั้นเอง

วิธีระบุพลาสติกที่ไม่รู้จักก่อนนำเข้ามาวางบนแท่นทำงาน

นิสัยที่มีประโยชน์มากที่สุดประการเดียวในการทำงานกับพลาสติก คือ การปฏิเสธที่จะตัดวัสดุใดๆ ที่คุณไม่สามารถระบุชื่อได้ การระบุชนิดมักทำได้ง่าย และแทบไม่เคยจำเป็นต้องใช้การทดสอบเลย

กฎที่ตามมาคือเรียบง่าย: ไม่มีแผ่นข้อมูลวัสดุ ห้ามตัดโดยเด็ดขาด หากลูกค้าจัดหาวัสดุเอง ให้ขอชื่อพอลิเมอร์เป็นลายลักษณ์อักษรก่อนนำวัสดุขึ้นวางบนเตียงตัด หากลูกค้าไม่สามารถให้ข้อมูลนี้ได้ ให้เสนอราคาแบบระบุว่า "วัสดุยังไม่ยืนยัน" หรือปฏิเสธงานนั้น

ความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดไม่ใช่ความไม่รู้ แต่คือแนวคิดเรื่องความต่อเนื่อง เช่น "เราเคยตัดวัสดุนี้เมื่อเดือนที่แล้วและไม่มีปัญหา" ผู้จัดจำหน่ายอาจเปลี่ยนเกรด สารเติมแต่ง หรือการเคลือบผิวโดยไม่เปลี่ยนชื่อผลิตภัณฑ์ ดังนั้นวัสดุที่แสดงพฤติกรรมหนึ่งแบบในเดือนมีนาคม อาจแสดงพฤติกรรมต่างออกไปในเดือนตุลาคม

พฤติกรรมของพลาสติกทั่วไปแต่ละชนิดภายใต้ลำแสง

สมมุติว่าวัสดุผ่านรายการวัสดุที่ห้ามตัดทั้งหมดแล้ว พฤติกรรมยังคงแตกต่างกันมากพอที่แต่ละกลุ่มพลาสติกจะต้องมีการทดสอบเฉพาะของตนเอง

มีรูปแบบสองแบบที่น่าสังเกต วัสดุที่มีความหนืดของเนื้อหลอมต่ำ เช่น PP และ PE จะเกิดเส้นใย เพราะเนื้อหลอมมีความบางและถูกอากาศช่วยดึงออกไป วัสดุที่เปลี่ยนสีได้ง่าย เช่น PC จะแสดงขอบสีน้ำตาลเมื่อได้รับความร้อนมากเกินไป ซึ่งไม่สามารถขัดออกได้

ความหนาส่งผลต่อผลลัพธ์มากกว่าที่เป็นกับไม้ แผ่น PP หนา 2 มิลลิเมตรอาจตัดได้ดีพอใช้ แต่แผ่น PP ชนิดเดียวกันหนา 6 มิลลิเมตรกลับบิดงอและเกิดเส้นใย เนื่องจากความร้อนต้องเดินทางไกลขึ้น และมีเนื้อหลอมมากขึ้นที่ต้องกำจัดออก

เหตุใดขอบการตัดจึงออกมาเป็นเส้นใย เป็นเหนียว หรือเรียบเนียน

ในไม้และกระดาษ ขอบการตัดคือพื้นผิวที่ถูกตัด ในพลาสติก ขอบการตัดคือเนื้อหลอมที่แข็งตัวทันที (freeze-dried) และลักษณะภายนอกนั้นสะท้อนโดยตรงว่ามีเนื้อหลอมเหลวเกิดขึ้นมากน้อยเพียงใด และแข็งตัวเร็วแค่ไหน

สิ่งนี้ทำให้เกิดโหมดล้มเหลวสามแบบ และโหมดประสบความสำเร็จหนึ่งแบบ

ขอบการตัดเป็นเส้นใย เกิดขึ้นเมื่อสารหลอมละลายมีความบางพอที่จะถูกดึงแทนที่จะถูกขับออก ลมช่วยดึงเส้นใยพอลิเมอร์ข้ามแนวตัด ซึ่งเย็นตัวลงในอากาศและเชื่อมติดกับชิ้นงานเอง ปรากฏบ่อยกับพีพี พีอี และเพตจี วิธีแก้ปัญหานั้นขัดแย้งกับสามัญสำนึก: เพิ่มความเร็วและลดพลังงาน เพื่อให้มีวัสดุหลอมละลายลดลง จากนั้นปรับแรงลมช่วยให้พัดเศษวัสดุออกจากแนวตัดโดยไม่ดึงเส้นใย

ขอบที่เหนียวหรือติดมือ เกิดขึ้นเมื่อสารหลอมละลายแข็งตัวแต่ยังนุ่มอยู่ โพลีคาร์บอเนตเป็นตัวอย่างคลาสสิก: ขอบดูเรียบร้อย แต่กลับเกิดรอยขีดข่วนและติดนิ้วเมื่อสัมผัส และชิ้นงานไม่สามารถจับถือได้โดยไม่ทิ้งคราบ ลดพลังงานและเพิ่มความเร็ว หากวัสดุยังคงไม่ให้ขอบแห้งสนิท งานนี้อาจเหมาะสมกว่าที่จะใช้เลื่อยหรือเครื่องกัด

ขอบที่เป็นเม็ดหรือยกสูงขึ้น เกิดขึ้นเมื่อสารหลอมละลายถูกดันขึ้นแทนที่จะถูกขับออกนอกแนวตัด ขนาดของรอยตัดถูกต้องตามแบบ แต่พื้นผิวด้านบนมีขอบนูนที่ไม่สามารถแนบสนิทกับพื้นผิวอื่นได้ อับส์แสดงอาการนี้อย่างชัดเจน ตรวจสอบจุดโฟกัสก่อนเป็นลำดับแรก แล้วจึงตรวจสอบทิศทางของลมช่วย

ขอบที่เรียบร้อย มาจากการใช้วัสดุที่ระเหยตัวมากกว่าหลอมละลาย เช่น PMMA และ PS และการควบคุมพลังงานให้สูงกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการตัดให้เสร็จสมบูรณ์เพียงเล็กน้อย

ฟิล์มป้องกันควรได้รับการกล่าวถึงแยกต่างหาก การปล่อยฟิล์มจากโรงงานไว้บนผิวชิ้นงานจะช่วยปกป้องผิวหน้า แต่ตัวฟิล์มเองจะละลายเข้าไปที่ขอบและอาจเชื่อมติดกับชิ้นงานได้ หากจำเป็นต้องปกป้องผิวหน้าระหว่างการตัด แถบเทปแบบถ่ายโอนที่มีแรงยึดเกาะต่ำ ซึ่งผู้ปฏิบัติงานติดตั้งเอง มักเป็นทางเลือกที่ดีกว่าการปล่อยฟิล์มขนส่งไว้ตามเดิม อย่างไรก็ตาม ต้องทดสอบเทปกับชิ้นตัวอย่างก่อนเริ่มผลิตเป็นชุดใหญ่

ไอระเหย ไฟไหม้ และหยดของเหลวที่ร้อนจัด

ไอระเหยจากพลาสติกเป็นอันตรายหลักในกลุ่มวัสดุนี้ และมักถูกประเมินค่าต่ำเกินไปเนื่องจากมองไม่เห็นได้ง่าย

ไอระเหยจะควบแน่น ต่างจากควันไม้ซึ่งส่วนใหญ่ไหลออกนอกเครื่อง ไอน้ำพลาสติกจะเย็นตัวลงและเกาะตัวบนพื้นผิวที่เย็นที่สุดที่พบก่อน เช่น เลนส์ หัวฉีด ผนังด้านในของท่อระบายอากาศ หรือพัดลมดูดอากาศ คราบบางๆ นี้จะทำให้คุณภาพการตัดลดลงอย่างชัดเจนก่อนที่ผู้ใช้จะสังเกตเห็นกลิ่นใดๆ และนี่คือเหตุผลที่กำหนดเวลาการทำความสะอาดเลนส์ต้องสั้นกว่าเมื่อทำงานกับพลาสติกเมื่อเทียบกับไม้

ระบบดูดอากาศต้องสอดคล้องกับชนิดของวัสดุที่ใช้ การตัดพลาสติกด้วยระบบดูดอากาศที่ออกแบบมาสำหรับฝุ่นไม้เป็นข้อผิดพลาดทั่วไปที่ส่งผลเสียทั้งด้านประสิทธิภาพและค่าใช้จ่าย ไอระเหยจากพลาสติกจำเป็นต้องใช้ระบบกรองที่เหมาะสม และอากาศที่ดูดออกมาก็ไม่ควรนำกลับเข้าสู่พื้นที่ทำงานอีกเว้นแต่ว่าระบบกรองนั้นออกแบบมาเพื่อจุดประสงค์นั้นโดยเฉพาะ หากเครื่องปล่อยอากาศออกสู่ภายนอก โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าช่องปล่อยอากาศไม่อยู่ใกล้กับช่องรับอากาศ

หยดของเหลวที่ร้อนจัดเป็นเส้นทางการลุกลามของเปลวไฟ พลาสติกที่ละลายอาจหยดลงมา หยดที่ลุกไหม้จะตกลงผ่านโครงสร้างรังผึ้งไปยังแท่นวางชิ้นงาน พื้นห้อง หรือถาดเก็บเศษวัสดุ และก่อให้เกิดไฟลุกไหม้ครั้งที่สองบริเวณด้านล่างของจุดที่ผู้ปฏิบัติงานกำลังจับตาดูอยู่ วัสดุที่ควรระมัดระวังเป็นพิเศษ ได้แก่ PC, PP และ PE โปรดรักษาพื้นที่ใต้แท่นวางชิ้นงานให้โล่งเสมอ และห้ามเก็บเศษวัสดุไว้ภายในเครื่องโดยเด็ดขาด

ห้ามปล่อยงานพลาสติกไว้โดยไม่มีผู้ควบคุมตลอดเวลา นี่คือแนวทางปฏิบัติมาตรฐานสำหรับงานเลเซอร์ทุกชนิด แต่ในกรณีของพลาสติกนั้นจำเป็นต้องเน้นย้ำซ้ำอีกครั้ง เนื่องจากพลาสติกสามารถลุกไหม้ หยดลงมา และยังคงลุกไหม้ต่อไปภายในระบบดูดควันแม้หัวเลเซอร์จะหยุดทำงานแล้ว

นิสัยการจัดเก็บและดูแลเครื่องสองประการนี้ส่งผลต่อความปลอดภัยมากที่สุด ประการแรก ควรทำความสะอาดเลนส์และหัวฉีดตามตารางเวลาที่กำหนด แทนที่จะรอจนกว่าจะปรากฏอาการผิดปกติ เพราะฟิล์มพลาสติกสามารถสะสมขึ้นได้อย่างมองไม่เห็น ประการที่สอง ควรเทเศษวัสดุออกจากถาดเก็บหลังเสร็จสิ้นการใช้งานพลาสติกทุกครั้ง เนื่องจากเศษพลาสติกผสมกันหลายชนิดทั้งเป็นเชื้อเพลิงที่เพิ่มความเสี่ยงในการลุกไหม้ และหากมีเศษใดเศษหนึ่งระบุชนิดผิดพลาด ก็อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงปนเปื้อนต่องานครั้งถัดไป

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดกับพลาสติกเริ่มต้นขึ้นก่อนที่งานจะเริ่มดำเนินการ

บรรทัดสุดท้ายคือส่วนที่ช่วยประหยัดวัสดุได้มากที่สุดในหนึ่งปี บันทึกอย่างง่าย — ระบุพอลิเมอร์ ผู้จัดจำหน่าย ความหนา ค่าการตั้งค่า และผลลัพธ์ที่ขอบ — จะเปลี่ยนจากคำพูดว่า "เดือนที่แล้วเราตัดชิ้นนี้แล้วไม่มีปัญหา" ไปเป็นหลักฐานที่สามารถตรวจสอบได้ก่อนเริ่มล็อตถัดไป

การเลือกเครื่องจักรที่เหมาะสมสำหรับงานแผ่นพลาสติก

งานแผ่นพลาสติกไม่จำเป็นต้องใช้กำลังสูงสุด แต่ต้องการพลังงานต่ำที่ควบคุมได้ การเคลื่อนที่ที่มั่นคง และระบบดูดควันที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับควันพลาสติก เพราะงานส่วนใหญ่กับพลาสติกมักอยู่ในช่วงพลังงานต่ำของระบบ CO2 และปัญหาที่มักเกิดขึ้นคือความร้อนมากเกินไป ไม่ใช่ความร้อนไม่เพียงพอ

ขนาดโต๊ะทำงานต้องสอดคล้องกับขนาดแผ่นพลาสติก ไม่ใช่ขนาดชิ้นงาน รูปแบบแผ่นพลาสติกมาตรฐานมีขนาดใหญ่ และเตียงที่ไม่สามารถรองรับแผ่นได้อย่างราบเรียบจะบังคับให้ต้องตัดล่วงหน้า หรือออกแบบใหม่ รูปแบบ 1325 และ 1610 เหมาะสำหรับการใช้แผ่นเต็มและงานผลิตแบบจัดเรียงซ้อนกัน ส่วนรูปแบบ 6090 เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็ก ต้นแบบ และงานที่ใช้แผ่นเดียว โดยที่การจัดการวัสดุเป็นปัจจัยหลัก

ความมั่นคงของการเคลื่อนที่แสดงผลโดยตรงที่ขอบของรอยตัด บนพลาสติก การเคลื่อนที่ข้ามที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้เกิดแถบสีที่มองเห็นได้และคุณภาพขอบที่เปลี่ยนแปลงไป เนื่องจากประวัติการหลอมละลายเปลี่ยนแปลงตามความเร็ว เครื่องจักรที่รักษาระดับความเร็วคงที่ตลอดแนวโค้ง จะให้ขอบที่สม่ำเสมอกว่าเครื่องจักรที่เร่งและชะลอความเร็วอย่างไม่สม่ำเสมอ

ตำแหน่งการติดตั้งกล้อง มีประโยชน์ในกรณีที่รอยตัดต้องสอดคล้องกับตำแหน่งที่พิมพ์ไว้บนแผ่นพลาสติก ซึ่งพบได้บ่อยในการผลิตป้ายและสื่อแสดงสินค้า การจัดวางหัวตัดสองตัว เพิ่มปริมาณการผลิตสำหรับชิ้นส่วนที่ทำซ้ำโดยไม่ต้องเปลี่ยนกระบวนการ

การจัดวางกำลังงานสำหรับแพลตฟอร์ม 6090, 1390 และ 1610 มีให้เลือกตั้งแต่ 100 วัตต์ ถึง 150 วัตต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับแผ่นพลาสติก; สิ่งที่สำคัญคือเครื่องสามารถส่งพลังงานในระดับต่ำสุดของช่วงนี้ได้อย่างแม่นยำและควบคุมได้มากน้อยเพียงใด หากงานที่ต้องการคือการแกะสลัก (marking) มากกว่าการตัด — เช่น หมายเลขชิ้นส่วน ป้ายกำกับ หรือแผ่นเลขที่ลำดับ — เครื่องแกะสลักด้วยเลเซอร์ CO2 คือเครื่องมือที่เหมาะสมที่สุด การใช้เครื่องตัดเพื่อทำงานแบบแกะสลักจะทำให้สูญเสียศักยภาพทั้งสองด้าน

ข้อกำหนดที่ผู้ซื้อมักประเมินต่ำเกินไปบ่อยที่สุดคือระบบดูดควัน ไอพลาสติกเป็นปัจจัยจำกัดระยะเวลาที่เครื่องสามารถทำงานกับพลาสติกได้อย่างต่อเนื่อง และระบบกรองที่ออกแบบมาสำหรับไม้จะอุดตัน ปล่อยกลิ่นรั่วออกมา และทิ้งคราบฟิล์มไว้บนเลนส์ออปติก

สรุป

พลาสติกคือกลุ่มวัสดุที่แผ่นวัสดุเพียงแผ่นเดียวซึ่งไม่สามารถระบุชนิดได้ อาจก่อความเสียหายรุนแรงที่สุด และวิธีแก้ไขปัญหานั้นอาศัยขั้นตอนปฏิบัติ (procedural) มากกว่าทางเทคนิค

กฎเหล่านี้สั้นพอที่จะจดจำได้ ให้ระบุชื่อพอลิเมอร์ก่อนที่มันจะถึงพื้นผิวตัด และปฏิเสธงานที่ไม่สามารถระบุชื่อได้ รักษารายการวัสดุที่ห้ามตัดอย่างเด็ดขาด: PVC, PTFE, acetal และ epoxy ที่เสริมด้วยแก้ว (glass-filled epoxy) ไม่ใช่ปัญหาเรื่องพารามิเตอร์ คาดการณ์ไว้ล่วงหน้าว่าขอบของรอยตัดจะเป็นมวลหลอมที่แข็งตัวแล้ว และควบคุมมันด้วยความเร็วและพลังงาน แทนที่จะเพิ่มกำลังไฟฟ้า ถือว่าไอระเหย (fume) เป็นทั้งปัญหาด้านการบำรุงรักษาและปัญหาด้านสุขภาพพร้อมกัน เพราะมันควบแน่นลงบนเครื่องจักรได้ง่ายเท่ากับที่ไหลเข้าสู่อากาศ รักษาพื้นที่ใต้พื้นผิวตัดให้โล่งเสมอ เนื่องจากพลาสติกที่หลอมละลายอาจหยดลงมา

เวิร์กชอปที่ปฏิบัติตามกฎเหล่านี้สามารถตัด PS, ABS, PET, PP, PE และ PC ได้อย่างมีกำไรด้วยเครื่องจักรตัวเดียวกันที่ใช้ตัดอะคริลิก MDF และแผ่นไม้อัด — และยังสามารถปฏิเสธงานที่อาจทำลายเลนส์ของเครื่องจักรโดยเงียบๆ ได้อีกด้วย