เลเซอร์ CNC สำหรับตัดและแกะสลัก

• เครื่องตัดและแกะสลักเลเซอร์ CNC ราคาประหยัดปัจจุบันสามารถซื้อได้ในราคา ต่ำกว่า 1,000 ดอลลาร์ แต่เลเซอร์ที่มีกำลังใช้งานได้จริงนั้นมีความเสี่ยงต่อดวงตา ไฟไหม้ และก๊าซพิษ จึงใกล้เคียงกับ อุปกรณ์ที่ต้องเสริมความปลอดภัย มากกว่าสินค้าสำเร็จรูป
• การใช้งานอย่างปลอดภัยเริ่มจากการไม่ใช้โครงแบบเปิดตามเดิม โดยเงื่อนไขพื้นฐานคือ enclosure แบบปิด, การระบายอากาศออกภายนอก, interlock, ปุ่มหยุดฉุกเฉิน, โครงสร้างทนไฟ, ถังดับเพลิง และระบบตรวจจับไฟไหม้
• การตัดสินใจซื้อควรดูจาก กำลังแสงขาออก (W) จริง ไม่ใช่กำลังไฟฟ้าขาเข้า รวมถึงความยาวคลื่น โครงสร้างหัวเลเซอร์ พื้นที่ทำงาน air assist ความแม่นยำ ความเร็วตัด และคุณภาพของ enclosure
• เลเซอร์ไดโอดเหมาะกับไม้ กระดาษ และการแกะสลักพื้นผิวบางประเภท แต่ไม่เหมาะกับการตัดโลหะ ส่วน fiber laser เด่นกับโลหะ และเลเซอร์ CO2 ใช้งานได้กว้างกว่าแต่แพงและดูแลยากกว่า
• คุณภาพของผลงานขึ้นกับไฟล์ออกแบบ การแปลงเป็น G-Code โฟกัสและขนาดสปอต การทำความสะอาดเลนส์ การไหลของอากาศ การยึดวัสดุ และการทดสอบกำลัง/ความเร็วสำหรับวัสดุแต่ละชนิด จึงต้อง ทดลองซ้ำกับเครื่องแต่ละรุ่น

---

อุปกรณ์ที่ต้องเริ่มต้นจากความปลอดภัย

• เครื่องตัดเลเซอร์ CNC อาจทำให้บาดเจ็บถาวรหรือตาบอดได้ เพราะมี แสงที่ถูกรวมเข้มข้น และ ควัน/ก๊าซ ที่เกิดขึ้นระหว่างการตัด
• ในบรรดาเลเซอร์ที่มีกำลังมากพอสำหรับตัดและแกะสลักอย่างมีประโยชน์ ไม่มีสิ่งที่เรียกว่า “เลเซอร์ที่ปลอดภัย” และไม่ควรเชื่อภาพโฆษณาของผู้ผลิตที่แสดงโครงแบบเปิดหรือการวางใช้งานในอาคารตามนั้น
• เนื่องจากมีความเสี่ยงไฟไหม้สูง หลักพื้นฐานคือ ห้ามเดินเครื่องโดยไม่มีคนเฝ้า และหากรู้สึกว่าการใช้งานเป็นภาระเกินไป makerspace ในพื้นที่ที่มีข้อกำหนดความปลอดภัยครบถ้วนอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่า

• Enclosure และการรับมือเหตุฉุกเฉิน

  • เลเซอร์โครงแบบเปิด ไม่ควรใช้งานตามสภาพเดิม และต้องใช้งานภายใน enclosure เสมอ
  • แม้ผู้ผลิตจะแสดงรูปหรือวิดีโอการใช้งานในพื้นที่พักอาศัย ก็ไม่ใช่ข้อยกเว้น
  • ควรหลีกเลี่ยงการใช้ในพื้นที่อยู่อาศัย และเด็กกับสัตว์เลี้ยงควรอยู่ห่างจากเลเซอร์ที่กำลังทำงาน
  • Enclosure ต้องมีการระบายอากาศ และระบบระบายออกต้องรองรับปริมาตรหลายเท่าของ enclosure ต่อนาที รวมถึงปริมาณอากาศที่ air assist เติมเข้าไปด้วย
  • อากาศเสียต้องถูกกรองโดยไม่รั่วไหล แล้วปล่อยออกไปภายนอกที่อยู่ห่างจากอาคารที่มีคนอยู่
  • หากมีหน้าต่าง ต้องสามารถกรองความยาวคลื่นของเลเซอร์ที่ใช้อยู่ได้ และการสังเกตผ่านกล้องจะปลอดภัยกว่า
  • แม้ผู้ผลิตจะบอกว่าไม่จำเป็นต้องระบายอากาศ ก็ยังจำเป็นต้องระบายอากาศใน enclosure
  • Enclosure ต้องมี interlock และเมื่อเปิดประตู เครื่องต้องถูกปิดใช้งานทั้งหมดเหมือนการหยุดฉุกเฉิน
  • ด้านนอกต้องมี สวิตช์หยุดฉุกเฉิน ที่ตัดไฟทั้งระบบได้
  • หากเป็นไปได้ อาจใช้รั้วแสงเพื่อสร้างเขตที่ไม่สามารถเข้าใกล้ได้ระหว่างเครื่องทำงาน
  • Enclosure ต้องเป็นโครงสร้างทนไฟ และพื้นต้องทนต่อการยิงตรงต่อเนื่องเมื่อหัวเลเซอร์หยุดนิ่งที่ตำแหน่งต่ำสุดด้วยกำลังสูงสุด
  • ใกล้ enclosure ต้องมีถังดับเพลิงความจุเพียงพอและระบบตรวจจับไฟไหม้

• วัสดุที่ควรหลีกเลี่ยงและการป้องกันดวงตา

  • วัสดุบางชนิดไม่ควรถูกตัดหรือแกะสลัก
  • ห้ามตัดหรือแกะสลัก PVC ไม่ว่าในสถานการณ์ใด เพราะอาจสร้างไฮโดรเจนคลอไรด์ได้
  • ไม่ควรตัดหรือแกะสลักโพลีคาร์บอเนต เว้นแต่สามารถทำงานในบรรยากาศเฉื่อย เช่น ไนโตรเจน ได้
  • หนังมีกลิ่นแรงและอาจเป็นอันตราย จึงไม่แนะนำ และหากจะทำงานกับหนัง ก็ควรหลีกเลี่ยงวัสดุที่ฟอกด้วยโครเมียม
  • ขีดจำกัดกำลังที่ปลอดภัยแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่น และความเสียหายจากเลเซอร์อาจสังเกตได้ยากในช่วงแรก เพราะสมองจะชดเชยให้
  • ต้องจัดหา แว่นป้องกันคุณภาพสูง ที่เหมาะกับความยาวคลื่นเลเซอร์จากแหล่งที่เชื่อถือได้
  • แว่นป้องกันไม่สามารถทดแทน enclosure ได้ และควรสวมใส่เสมอเมื่ออยู่ใกล้เลเซอร์ที่เปิดอยู่
  • ไม่เพียงลำแสงตรงเท่านั้น แสงสะท้อนก็อาจสร้างความเสียหายร้ายแรงได้เช่นกัน
  • เลเซอร์แสงที่ตามองเห็นช่วง 380~750nm โดยเฉพาะเลเซอร์ไดโอดราคาถูก อาจทำให้เข้าใจผิดว่าปลอดภัยเพราะมองเห็นลำแสง
  • แสงที่เกิน 1mW อาจเป็นอันตรายได้
  • ลำแสงที่ตามองเห็นอาจปิดกั้นได้ยากกว่า และอาจรั่วออกมาเป็นความถี่อื่นได้ด้วย
  • fiber laser ที่ใช้ IR 1064nm อาจอันตรายมาก เพราะดวงตาจะโฟกัสแสง แต่ไม่มีรีเฟล็กซ์กะพริบตาหรือหลบเลี่ยง
  • อุปกรณ์อินฟราเรดไกลอย่าง CO2 จะมองไม่เห็นลำแสง และดวงตาอาจบาดเจ็บก่อนจะรับรู้ถึงความเสียหาย
  • เลเซอร์ทุกชนิดที่มีกำลังพอสำหรับตัดและแกะสลักต้อง ใช้งานภายใน enclosure และต้องปิดอัตโนมัติเมื่อ enclosure ถูกเปิด

ตำแหน่งของเลเซอร์ CNC ราคาประหยัด

• อุปกรณ์ CNC มีราคาถูกลงต่อเนื่องตั้งแต่ทศวรรษ 1980 แต่เครื่องตัดเลเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่แพง อ่อนกำลัง ขนาดใหญ่ หนัก และกินไฟมากมาเป็นเวลานาน
• ตอนนี้สามารถซื้อเครื่องตัดและแกะสลักเลเซอร์ CNC ที่ใช้งานได้จริงในราคา ต่ำกว่า 1,000 ดอลลาร์ ได้แล้ว
• อุปกรณ์ราคาถูกไม่สามารถเจาะเหล็กหนาได้เหมือนเครื่องอุตสาหกรรม แต่ทำงานได้ดีกับการตัดไม้และวัสดุหลายชนิด รวมถึงการแกะสลักข้อความและภาพบนพื้นผิวที่เหมาะสม
• เครื่องตัดเลเซอร์เป็นเครื่องมือ การผลิตแบบลบเนื้อวัสดุ ที่เอาส่วนไม่ต้องการออกจากวัสดุ
  • ตัดได้ลึกกว่าเครื่องตัดมีดแบบหมุน
  • ไม่มีต้นทุนตั้งงานเหมือนเครื่องตัดแม่พิมพ์
  • ราคาค่อนข้างถูกกว่า waterjet แต่ขอบตัดของวัสดุติดไฟอาจไหม้เกรียมเล็กน้อย
  • ต่างจาก plasma cutter ตรงที่ตัดวัสดุไม่นำไฟฟ้าได้ด้วย
• ไม่ใช่วิธีที่วัสดุตั้งต้นส่วนใหญ่กลายเป็นชิ้นงานเหมือน 3D printer และการมี เศษวัสดุ 20~30% ก็ไม่ใช่เรื่องแปลก

ประวัติและประเภทของเครื่องตัดเลเซอร์

• เครื่องตัดเลเซอร์มีมาตั้งแต่ปี 1965 แต่ยังแพงจนพบเห็นได้ยากในหน้างานแม้ในช่วงกลางทศวรรษ 1980
• เลเซอร์ยุคแรกต้องใช้ระบบออปติกที่แม่นยำไปพร้อมกับการตัดวัสดุด้วยความหนาแน่นพลังงานสูงมาก
  • โครงสร้างคือ ลำแสงจากท่อควอตซ์หุ้มแจ็กเก็ตแก้วแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ เดินทางผ่านพื้นที่ว่าง ผ่านกระจกแกน X กระจกแกน Y และเลนส์โฟกัส ก่อนถึงวัสดุ
• ต่อมามี fiber laser ที่ใช้เลเซอร์ solid-state และขั้นขยายสัญญาณด้วยไฟเบอร์ ทำให้ตัดได้มีประสิทธิภาพขึ้นด้วยขนาดสปอตที่เล็ก
• แรงผลักดันสำคัญที่ทำให้ต้นทุนลดลงคือเลเซอร์ไดโอดที่มาจาก อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
  • อุปกรณ์ที่ผู้ใช้สมัครเล่นหรือธุรกิจขนาดเล็กมีโอกาสเข้าถึงได้มากที่สุดคือเลเซอร์ไดโอดและอุปกรณ์สายอุตสาหกรรมที่เล็กและเบากว่า

สเปกที่ควรตรวจสอบก่อนซื้อ

• เวลาเลือกเครื่องตัดเลเซอร์ ควรพิจารณา กำลังแสงขาออก, โครงสร้างหัวเลเซอร์, ความยาวคลื่น, พื้นที่ทำงาน, air assist, ความแม่นยำ, ความเร็วตัด, enclosure และชนิดเลเซอร์ร่วมกัน
• อุปกรณ์ในตลาดส่วนใหญ่ผลิตในเอเชีย และมีความแตกต่างกันมากทั้งเรื่องมีหรือไม่มี enclosure คุณภาพ และกำลังขาออก
• เลเซอร์ไดโอดราคาถูกสามารถใช้เป็นเครื่องมือที่ใช้งานจริงได้ แต่ในมุมความปลอดภัยไม่สามารถใช้ตามสภาพเดิมได้ ดังนั้นมองเป็น ชุดคิตหรือจุดเริ่มต้น จะสมจริงกว่า

• กำลังแสงขาออกและโครงสร้างหัวเลเซอร์

  • กำลังของเครื่องตัดเลเซอร์ควรประเมินด้วย กำลังแสงขาออก W
  • ผู้ผลิตบางรายโฆษณาด้วยกำลังไฟฟ้าขาเข้า ทำให้ดูเหมือนเครื่องมีกำลังสูงกว่าความเป็นจริง
  • ผู้ผลิตเลเซอร์ไดโอดราคาถูกบางรายแม้ระบุกำลังแสงขาออกก็ยังมีกรณีระบุเกินจริง
  • tube laser หรือ fiber laser อุตสาหกรรมระดับหลายพัน W สามารถตัดเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำหนาประมาณ 10mm ได้ แต่เลเซอร์ไดโอดระดับเริ่มต้น 40W ไม่เหมาะกับการตัดโลหะ
  • เลเซอร์ 5W ตัดอะไรได้ไม่มาก และถึงตัดได้ก็ช้า
  • หัวเลเซอร์ไดโอดประกอบด้วยเลเซอร์ไดโอดหนึ่งตัวหรือมากกว่า กระจก/เลนส์สำหรับรวมลำแสง และเลนส์โฟกัส
  • หากกำลังเท่ากัน ยิ่งจำนวนไดโอดน้อย สปอตก็ยิ่งเล็กและกำลังยิ่งรวมศูนย์ แต่ไดโอดจะร้อนขึ้นและอายุการใช้งานอาจสั้นลง
  • หัวตัดกำลังสูงมักมีพัดลมระบายความร้อน และหากพัดลมอุดตันหรือเสีย หัวเลเซอร์อาจพังได้อย่างรวดเร็ว
  • ยิ่งกำลังสูง ก็ยิ่งตัดได้ลึกหรือเร็วขึ้น และอาจตัดวัสดุที่ก่อนหน้านี้ตัดไม่ได้
  • หัวแบบอาร์เรย์ 6 ไดโอดไม่ได้มีประสิทธิภาพดีกว่าไดโอดเดี่ยว 5W ถึง 6 เท่า แต่ดีกว่าประมาณ 3~4 เท่า และมี spillover รอบขอบตัดมากกว่า
  • ขนาดสปอตส่งผลโดยตรงต่อความกว้างรอยตัดและ overspill
  • kerf บนพื้นผิวของเลเซอร์ไดโอดอาจอยู่ที่ประมาณ 0.4mm
  • งานประกอบแบบอัดแน่นสามารถชดเชยประมาณ 0.1mm เพื่อให้เกิดแรงเสียดทานโดยไม่ต้องใช้กาว
  • หัวกำลังระบุ 30W สามารถตัดไม้เนื้ออ่อนหนา 18mm และไม้อัดฐานไม้เนื้ออ่อนได้ และภายใต้เงื่อนไขที่ดี ตัดได้ที่ความเร็วประมาณ 250mm/min

• ทางเลือกเป็นเครื่องอุตสาหกรรมมือสอง

  • หากเริ่มต้นเพื่อทำธุรกิจ เครื่อง fiber หรือ CO2 อุตสาหกรรมมือสองก็อาจเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง
  • เครื่องอุตสาหกรรมไม่ใช่อุปกรณ์สำหรับงานอดิเรก ทั้งหนัก ใหญ่ และกินไฟมาก แต่ throughput เหนือกว่าเครื่องงานอดิเรกอย่างท่วมท้น
  • การประเมินเครื่องมือสองต้องใช้ความเชี่ยวชาญ และค่าอะไหล่กับค่าบริการอาจแพง
  • อาจเริ่มสะสมประสบการณ์และงานออกแบบด้วยเลเซอร์ไดโอดราคาถูกก่อน แล้วมองว่าเครื่องอุตสาหกรรมเป็นการลงทุนที่ดีกว่าในระยะยาว

ความยาวคลื่น พื้นที่ทำงาน อากาศ ความแม่นยำ

• คุณลักษณะตามความยาวคลื่น

  • ความยาวคลื่นของเลเซอร์เป็นคุณสมบัติที่กำหนดสี และเลเซอร์ไดโอดมักอยู่ในช่วงแสงที่มองเห็นได้สีม่วงถึงสีน้ำเงินที่ 400~470nm
  • วัสดุบางชนิดดูดซับความยาวคลื่นนี้ได้ดี แต่วัสดุบางชนิดสะท้อน ทำให้กำลังส่วนใหญ่ไม่ถูกดูดซับเข้าไปในชิ้นงาน
  • ความยาวคลื่นที่ยาวกว่ามักเหมาะกับวัสดุที่ยากกว่าอย่างโลหะมากกว่า แต่ไม่มีเลเซอร์ไดโอดที่สามารถตัดโลหะได้อย่างเสถียรหรือให้ความหนาที่ใช้งานได้จริง
  • เลเซอร์ fiber มักอยู่ในช่วงอินฟราเรดถึงอินฟราเรดไกลที่ 780~2200nm และเหมาะกับการตัดโลหะ
  • เลเซอร์ CO2 ใช้ความยาวคลื่น 9.3~10.6µm ซึ่งยาวกว่า fiber หรือไดโอดมาก
  • เลเซอร์แสงที่มองเห็นได้ซึ่งใช้ไดโอด ในบางแง่อันตรายกว่าเลเซอร์ IR สำหรับอุตสาหกรรม
  • โดยปกติจะส่งมาโดยไม่มี enclosure
  • ไม่มี interlock ที่ปิดเลเซอร์เมื่อผู้ใช้เข้าถึงด้านใน
  • ลำแสงที่มองเห็นได้ปิดกั้นได้ยาก และอาจรั่วไหลไปยังสเปกตรัมอื่นได้
  • หากใช้หัวอินฟราเรด จำเป็นต้องมีเครื่องที่มี pilot laser แสงที่มองเห็นได้ เพื่อให้ทราบตำแหน่งลำแสง

• พื้นที่ทำงาน

  • พื้นที่ทำงานที่ใหญ่ช่วยให้ทำชิ้นส่วนขนาดใหญ่ขึ้นและงานที่ยาวขึ้นได้ และลดของเสียได้ด้วย nesting
  • เครื่องตัวอย่างใช้พื้นที่ทำงาน 61×61cm ขนาดเครื่อง 70×80cm และ enclosure ขนาด 1m×84cm สูงมากกว่า 1m
  • การใช้พื้นที่ทำงานทั้งหมด 100% ทำได้ยาก
  • จะเสียพื้นที่บางส่วนไปเพราะอุปกรณ์ยึดจับ, endstop, framing และการป้องกันการตัดกลางอากาศใกล้ขอบ
  • แกนหนึ่งอาจใช้ได้เกือบทั้งหมด แต่บ่อยครั้งอีกแกนจะเสียพื้นที่ด้านข้างไปบางส่วน

• Air assist

  • ถ้าเป็นเครื่องตัด air assist แทบจะเป็นสิ่งจำเป็น
  • เครื่อง 20~40W โดยทั่วไปใช้ประมาณ 10~15L/min
  • air assist ช่วยพัดเอาเศษวัสดุที่เลเซอร์ตัดโดนแล้วออกไป ทำให้ตัดได้ลึกขึ้น
  • ถ้าอากาศมากเกินไป ชิ้นงานอาจเย็นเร็วกว่าที่เลเซอร์ทำให้ร้อน จนให้ผลตรงข้ามได้

• ความแม่นยำและความเร็ว

  • เครื่องตัดเลเซอร์ทั่วไปอาจมีความแม่นยำประมาณ 0.1mm ซึ่งถือว่าสูงมากในช่วงราคานี้
  • ความแม่นยำในการทำซ้ำขึ้นอยู่กับวิธีที่มอเตอร์ขับ gantry และหัวเลเซอร์
  • โดยทั่วไปจะเลื่อนอยู่บนแบริ่ง และเคลื่อนที่ด้วยสายพานกับเฟืองมอเตอร์
  • มอเตอร์ส่วนใหญ่เป็นสเต็ปเปอร์ ไม่ใช่เซอร์โว ดังนั้นหากเกิดการเสียสเต็ป ชิ้นงานอาจล้มเหลวทันที
  • เพราะไม่มีแรงปฏิกิริยาจากเครื่องมือ ปัญหาการเสียสเต็ปจึงอาจน้อยกว่าเครื่องกัด
  • เครื่องต้องประกอบให้ได้ฉากและติดตั้งให้ได้ระดับ เพื่อให้ความลึกการตัดและการเจาะทะลุสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิวงาน
  • ความเร็วตัดถูกจำกัดหลัก ๆ โดยกำลังของหัวเลเซอร์ ส่วนความเร็วเคลื่อนที่ได้รับผลจากน้ำหนัก gantry ในทิศ Y และน้ำหนักหัวในทิศ X, ขนาดมอเตอร์สเต็ปเปอร์, เสถียรภาพของแหล่งจ่ายไฟ และแรงเสียดทาน

ซอฟต์แวร์สำหรับติดตั้งและขับเคลื่อน

• ข้อกำหนดในการติดตั้ง

  • เครื่องตัดเลเซอร์ต้องติดตั้งอยู่ภายใน enclosure เสมอ
  • กระบวนการตัดไม่สะอาด และบางครั้งก่อควันจำนวนมาก ซึ่งควันนี้อาจเป็นอันตรายต่อการหายใจอย่างมาก
  • เครื่องที่มี air assist ต้องมีการดูดอากาศสะอาดเข้าไปเพื่อลดการปนเปื้อนของระบบออปติก
  • หน้าต่างของ enclosure ควรทำให้มองเห็นภายในได้ แต่ต้องปิดกั้นแสงเลเซอร์ส่วนใหญ่
  • ใต้พื้นผิวงานต้องเป็นโครงสร้างกันไฟ และต้องมีวิธีดับไฟจริงได้
  • ในสถานการณ์ฉุกเฉิน ต้องสามารถตัดไฟได้อย่างรวดเร็วแม้จะต้องเสียชิ้นงาน โดยอาจใช้ mushroom switch สีแดงขนาดใหญ่หรือปลั๊กพ่วงที่มีสวิตช์
  • ห้ามตัด PVC โดยเด็ดขาด เพราะเสี่ยงต่อก๊าซพิษ การกัดกร่อน การบาดเจ็บ และเสียชีวิต

• G-Code และซอฟต์แวร์ควบคุม

  • เลเซอร์ส่วนใหญ่สื่อสารกับคอมพิวเตอร์โฮสต์ผ่าน serial-over-USB และภาษาควบคุมคือ G-Code
  • G-Code ใช้อย่างแพร่หลายในการควบคุมอุปกรณ์การผลิต เช่น เครื่องกลึง เครื่องกัด เครื่องตัดเลเซอร์ และเครื่องเจาะพิกัด
  • การเขียน G-Code โดยตรงยุ่งยาก ดังนั้นโดยทั่วไปจึงใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบร่วมกับซอฟต์แวร์แปลงเป็น G-Code
  • ตัวอย่างซอฟต์แวร์สำหรับผู้บริโภคมีดังนี้
    • LightBurn: รองรับ Linux และรองรับกล้องเหนือ bed
    • LaserGRBL
    • OpenBuilds
    • LaserWeb
  • มีทั้งผลิตภัณฑ์ฟรีและเชิงพาณิชย์ปะปนกัน ควรเลือกโดยดูเวิร์กโฟลว์ การรองรับรูปแบบไฟล์ มีข้อผิดพลาดตอนนำเข้าหรือไม่ และการทดสอบตามวัสดุและความหนา

• การชดเชยการตัดที่ซอฟต์แวร์มองข้าม

  • ซอฟต์แวร์ไดรเวอร์เลเซอร์ที่ตรวจสอบมาพลาด know-how หน้างาน บางส่วน และมีบั๊กเล็กน้อยด้วย
  • การชดเชยรัศมีคือฟังก์ชันที่เลื่อนเส้นทางไปเท่ากับครึ่งหนึ่งของความกว้างลำแสงเพื่อเพิ่มความแม่นยำ
  • เส้นโค้งภายนอกต้องชดเชยออกด้านนอก ส่วนเส้นโค้งภายในต้องชดเชยเข้าด้านใน
  • แต่ซอฟต์แวร์อาจสับสนระหว่างด้านในกับด้านนอกได้
  • วิธีที่ถูกต้องคือการ offset ไปทางฝั่ง scrap แต่ไฟล์อินพุตไม่ได้มีข้อมูล scrap เสมอไป
  • เมื่อตัดทะลุวัสดุหนา จะใช้วิธีเริ่มจากบริเวณ scrap แล้วทำงานเป็น spiral เข้าสู่ขอบชิ้นงาน เพื่อให้เลเซอร์กระทบชิ้นงานในขณะที่เคลื่อนที่อยู่เสมอ
  • หากสปอตไม่สมมาตร ต้องตัดช้าลงในบางทิศทางเพื่อให้ได้ผลลัพธ์สม่ำเสมอ
  • ซอฟต์แวร์ส่วนใหญ่ไม่สามารถปรับความเร็วแยกตามทิศทางได้ จึงต้องลดลงเป็นความเร็วต่ำสุดที่เจาะทะลุได้ในทุกทิศทาง
  • ในกรณีนี้ ความเร็วตัดจะช้าลงและอาจสูญเสียความแม่นยำในแกนหนึ่ง

เครื่องมือออกแบบและรูปแบบไฟล์

• หากต้องการตัดวัสดุ ต้องมีแบบก่อน โดยอาจสร้างเอง ซื้อ หรือแก้ไขดีไซน์/อาร์ตเวิร์กที่มีอยู่
• ยังมีตัวสร้างแบบสำหรับเครื่องตัดเลเซอร์ฟรีที่สร้างแพตเทิร์นแบบกำหนดเองให้อัตโนมัติ
• เครื่องมือออกแบบจะแตกต่างกันตามลักษณะผู้ใช้
  • ถ้ามีแนวศิลปิน อาจเหมาะกับโปรแกรม drawing
  • ถ้าเป็นวิศวกร อาจเหมาะกับ CAD
  • ถ้าเป็นโปรแกรมเมอร์ อาจเหมาะกับเครื่องมือ parametric design
• ตัวอย่างเครื่องมือ
  • Interactive CAD: Tinkercad, Rhino, Blender, AutoCad, Sketchup
  • Drawing: Gimp, Inkscape, PhotoShop, Illustrator
  • Parametric CAD: SOLVESPACE, OpenSCAD
• รูปแบบไฟล์กลางสำหรับการตัดที่ใช้กันทั่วไปคือ SVG, DXF, JPG
• สิ่งสำคัญคือซอฟต์แวร์ไดรเวอร์เลเซอร์สามารถนำเข้ารูปแบบที่ซอฟต์แวร์ออกแบบ export ออกมาได้อย่างถูกต้องโดยไม่ต้องแปลงหรือไม่
• แหล่งทรัพยากรดีไซน์
  • boxes.py: มี parametric generator สำหรับสิ่งของหลายประเภท ไม่ใช่แค่กล่อง
  • Etsy: มีดีไซน์แบบเสียเงินจำนวนมาก แต่ต้องระวังกรณีนำดีไซน์ต้นฉบับหรือดีไซน์ฟรีมาขายต่อ
  • MakerCase: ตัวสร้างกล่องแบบง่าย
  • Gear designer
  • รายการคลังดีไซน์บน Reddit

ความเหมาะสมตามวัสดุและการทดสอบ

• ผลลัพธ์ของการตัดและแกะสลักอาจแตกต่างกันมาก ตั้งแต่ ยอดเยี่ยมไปจนถึงใช้ไม่ได้ ขึ้นอยู่กับกำลังของเครื่อง ความเร็วในการเคลื่อนที่ สภาพของระบบออปติก และสภาพของวัสดุ
• หากไม่มั่นใจ 100% ว่าวัสดุใหม่ปลอดภัย ไม่ควรนำมาตัด และควรตรวจสอบเอกสารข้อมูลความปลอดภัยของวัสดุ รวมถึงค้นคว้าก่อนว่าคุ้มค่าที่จะลองหรือไม่และมีความเสี่ยงใดบ้าง
• ซอฟต์แวร์อย่าง LightBurn มีฟีเจอร์คูปองทดสอบวัสดุ และไดรเวอร์เลเซอร์ส่วนใหญ่ก็รองรับฟีเจอร์คล้ายกัน

• ไม้

  • ไม้เป็นวัสดุที่ดีสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์
  • เลเซอร์กำลังปานกลางสามารถตัดไม้หนาไม่กี่ mm ได้ค่อนข้างง่าย หากกำลังต่ำจะช้ากว่าและมีโอกาสเกิดรอยไหม้สูงกว่า
  • เลเซอร์ไดโอดตัดไม้เนื้ออ่อนได้ดีแม้มีความหนา แต่ไม้เนื้อแข็งที่มีความหนาแน่นสูงจะทำได้ยาก
  • engineered wood จะมีสารยึดติดระเหยออกมาด้วย จึงต้องจัดการควันอย่างรับผิดชอบมากขึ้น
  • หากไม่ชอบขอบตัดสีเข้ม สามารถทำชิ้นงานให้ใหญ่ขึ้นประมาณ 0.1mm แล้วขัดออกได้
  • ไม้ที่ตัดแล้วอาจมีกลิ่นไหม้ติดอยู่นาน
  • สามารถลดได้ด้วยการขัด ทาสี เคลือบแล็กเกอร์ หรือ sandblasting แบบเบา ๆ
  • กว่ากลิ่นจะหายอาจใช้เวลานานถึงหลายเดือน
  • ไม้อัดใช้กาวหลายชนิดต่างกัน และถ้ามีเส้นดำบาง ๆ ระหว่างชั้น ply อาจเป็น phenolic resin ซึ่งอาจทำให้ตัดได้ยากขึ้น

• การทดสอบไม้ด้วยเครื่องตัดกำลังระบุ 30W

  • ไม้อัดเบิร์ช
    • 2.6mm: กำลัง 60%, 700mm/min, 1 pass
    • 4.1mm/5.5mm: กำลัง 60%, 450mm/min, 1 pass
    • 7.8mm: กำลัง 60%, 200mm/min, 1 pass
    • 11.8mm: กำลัง 60%, 150mm/min, 1 pass
    • 18mm: กำลัง 80%, 300mm/min, 3 pass
  • MDF
    • 3.2mm coated: กำลัง 80%, 500mm/min, 1 pass
    • 9mm: กำลัง 80%, 200mm/min, 1 pass
  • Hardwood ply
    • 3.7mm: กำลัง 70%, 200mm/min, 1 pass, ไม่ใช่การตัดที่สะอาด
    • 3.7mm: กำลัง 50%, 600mm/min, 4 pass, สะอาดกว่าแต่มีรอยไหม้ด้านบนมากขึ้นเล็กน้อย
    • hardwood ply ที่หนากว่านี้ให้ผลลัพธ์แย่มากจนใช้ไม่ได้
  • Hardboard
    • 3.4mm: กำลัง 60%, 450mm/min, 1 pass

• กระดาษ เส้นใย หนัง

  • กระดาษและกระดาษลูกฟูกตัดได้ดี และใช้ความเร็วตัดสูงได้
  • air assist อาจเป่าวัสดุปลิวได้ จึงควรปิด
  • หากช้าเกินไป ขอบจะไหม้มาก
  • อาจวางซ้อนหลายแผ่นแล้วตัดพร้อมกันได้
  • กระดาษลูกฟูกบรรจุภัณฑ์ 3 ชั้น หนา 5.7mm ตัดได้ด้วยกำลัง 60%, 1000mm/min, 1 pass
  • เส้นใยอินทรีย์โดยทั่วไปทำงานได้ดี แต่เส้นใยสังเคราะห์จะละลาย ตัดได้ไม่เรียบ และอาจแยกออกจากเบดยาก
  • ไม่แนะนำให้ตัดหรือแกะสลักหนัง
  • ผลลัพธ์ดูไม่ค่อยดีและมีกลิ่นรุนแรงมาก
  • หนังฟอกโครมอาจปล่อยไอระเหยที่เป็นพิษมาก

• โลหะและการแกะสลักพื้นผิว

  • การตัดโลหะด้วยเลเซอร์ไดโอดทำงานได้ไม่ดี เว้นแต่โลหะจะบางมาก
  • การทดลองตัดโลหะด้วยหัวเลเซอร์ 455nm ล้มเหลวทั้งหมด และผลดีที่สุดคือทำให้สแตนเลสเปลี่ยนสีเล็กน้อยที่กำลังสูงสุด
  • การตัดโลหะเหมาะกับ fiber laser ระดับหลาย kW แต่มีค่าใช้จ่ายสูง เป็นอุปกรณ์ขนาดใหญ่ ต้องใช้ไฟ 3 เฟส และในเขตที่อยู่อาศัยอาจต้องขออนุญาตเพราะไอโลหะ
  • อะลูมิเนียมอโนไดซ์สามารถแกะสลักได้ดี
  • เป็นวิธีระเหยชั้นผิวเพื่อเผยให้เห็นโลหะเปลือยด้านล่าง
  • การตัดสแตนเลสด้วยระบบไดโอดทำได้ยาก แต่การแกะสลักอาจเป็นไปได้
  • หากพ่น Dykem Red engineering marking fluid แล้วแกะสลัก จากนั้นเช็ดด้วย IPA จะเหลือเครื่องหมายถาวรสีแดง

• พลาสติก โพลีคาร์บอเนต และอื่น ๆ

  • อะคริลิกยังไม่ได้ทดสอบ
  • โพลีคาร์บอเนตไม่สามารถตัดอย่างปลอดภัยด้วยเลเซอร์ไดโอดราคาถูกและระบบที่ใช้อากาศได้
  • พลาสติกส่วนใหญ่และ PVC ไม่ควรตัดด้วยเลเซอร์
  • อาจปล่อยไอระเหยที่เป็นพิษมาก
  • ชิ้นงานอาจติดกับเบดหรือติดไฟได้
  • หินและเซรามิกมีกำหนดจะทดสอบเร็ว ๆ นี้
  • Delrin/Acetal มีราคาแพงและยังไม่ได้ทดสอบ โดยมีบทความ Hackaday ที่เกี่ยวข้องคือ Drawbacks of Lased Delrin and How to Slip Around Them

เคล็ดลับใช้งานจริงและการบำรุงรักษา

• การตัดวัสดุหนา

  • วิธีตัดวัสดุหนาด้วยหลาย pass จะได้ผลน้อยลงเมื่อเกิน 2~3 ครั้ง
  • ลำแสงจะกระจายตัวในร่องตัด ทำให้กำลังแทบไปไม่ถึงส่วนลึก
  • ลำแสงจะไปโดนผนังด้านข้างมากกว่าด้านล่าง
  • หากพลิกวัสดุแล้วตัดแพตเทิร์นแบบภาพสะท้อนจากอีกด้าน จะเพิ่มความลึกที่ตัดได้จริงเป็นประมาณสองเท่า
  • การจัดแนวสามารถช่วยได้ด้วย pilot hole และ fixture
  • หากปักหมุดตั้งแต่สองตัวขึ้นไปเพื่อให้ตำแหน่งสลับกันเมื่อพลิก จะช่วยรักษาการจัดแนวได้
  • ใน pass ที่สอง ต้อง mirror แพตเทิร์น

• การลามิเนต

  • หากตัดแพตเทิร์นเดียวกันหลายแผ่นจากไม้บาง แล้วติดกาวภายใต้แรงกด จะสร้างชิ้นงานที่หนากว่าที่เครื่องทำได้โดยตรง
  • สามารถซ้อนชิ้นบาง ๆ เพื่อทำชิ้นส่วนอย่าง hardwood gear ได้
  • สามารถสร้างเอฟเฟกต์ 3D ได้โดยจงใจเลื่อนหรือหมุนแต่ละชั้น หรือ slicing ไปในทิศทางหนึ่งแล้วติดเข้าด้วยกัน
  • การเพิ่ม registration hole และ hardwood dowel จะช่วยเพิ่มการจัดแนวของชั้น ความแข็งแรง และความแม่นยำ
  • dowel ควรสั้นกว่าความหนารวมเล็กน้อย เพื่อให้กดแรงได้เพียงพอระหว่างติดกาว

• การจัดการอากาศและระบบออปติก

  • air pump ที่แถมมาอาจอ่อนเกินไป และ shop compressor ระดับเริ่มต้นอาจดีกว่า
  • อากาศต้องแห้งและไม่มีน้ำมัน
  • ไม่ควรเพิ่มแรงมากเกินไปจนสายหลุดหรือระบบออปติกแตก
  • หัวเลเซอร์ทั่วไปอาจใช้อากาศประมาณ 10~30L/min
  • แต่ละชุด cutter/material/power จะมีปริมาณอากาศที่เหมาะสมของตัวเอง
  • หากมากเกินไป วัสดุจะเย็นเกินไป หากน้อยเกินไป จะกำจัดเศษจากการตัดได้ไม่พอ
  • การปนเปื้อนของเลนส์อาจทำให้กำลังตัดลดลงได้แม้ทำงานเพียงไม่กี่ชั่วโมง
  • ก่อนงานใหญ่ ควรทำความสะอาดระบบออปติก ซึ่งโดยปกติใช้เวลาน้อยกว่า 5 นาที
  • หากไม่ทำความสะอาดเลนส์เป็นประจำ คราบควันอาจหลอมติดกับกระจกและทำให้เสียหายถาวรได้
  • ในกรณีรุนแรง คราบอาจทำให้เกิดการร้อนและเย็นไม่สม่ำเสมอจนเลนส์แตกได้
  • ควรเช็ดเลนส์ด้วยผ้าเช็ดเลนส์ ใช้แอลกอฮอล์สำหรับคราบหนัก และใช้อะซิโตนเป็นทางเลือกสุดท้าย
  • ก่อนประกอบกลับ เลนส์ต้องสะอาดและแห้งสนิท

• การยึดวัสดุและลดรอยไหม้

  • วัสดุน้ำหนักเบาอาจขยับได้จาก air assist หรือแรงกระแทกของ enclosure และการขยับเพียงเล็กน้อยก็ทำให้งานเสียได้
  • หากยึดวัสดุกับเบดด้วยอุปกรณ์อย่าง tie-down pin ที่พิมพ์ 3D ก็ช่วยให้โฟกัสคงที่ได้ด้วย
  • หาก air hose พับงอ หัวฉีดอุดตันด้วยคราบคาร์บอน หรือช่องดูดของปั๊มอุดตัน การไหลของอากาศอาจลดลงหรือหยุดได้
  • หากไม่มี O-ring ที่หัวฉีด อากาศอาจรั่วขึ้นด้านบนแทนที่จะลงด้านล่าง
  • หากคุณภาพผิวสำคัญ สามารถติด painter’s tape หรือ transfer tape เพื่อให้รอยไหม้ไปอยู่บนเทปได้
  • สำหรับวัสดุที่แกะสลักโดยตรงไม่ได้ สามารถใช้ส่วนที่ลอก transfer tape ออกเป็น stencil สำหรับพ่นได้
  • พื้นผิวสะท้อนแสง หากเคลือบแบบผิวด้าน จะช่วยดูดซับพลังงานและช่วยในการตัดหรือแกะสลักได้

• การตรวจสอบสายพานและสกรู

  • สายพานของเครื่องตัดเลเซอร์ไดโอดจะยืดและลื่นได้เมื่อเวลาผ่านไป จึงต้องปรับตึงใหม่เป็นระยะ
  • โดยเฉพาะสายพานที่ขยับ gantry ควรตรวจสอบ เพราะต้องเคลื่อนน้ำหนักไปกลับอยู่ตลอด
  • หากเห็นเส้นหยักแนวตั้งเล็ก ๆ ที่ช่วงเริ่มเคลื่อนที่ในทิศ Y อาจเป็นอาการ overshoot หรือ undershoot
  • หาก set screw หลวม อาจทำให้แกนสึกและมีระยะฟรีมากขึ้น จึงควรตรวจสอบทุก few months หรือเมื่อสงสัยว่ามีปัญหา

แหล่งข้อมูลออนไลน์

• r/lasercutting
• Lasersaur
• The Guerilla Guide to CNC
• รายการทรัพยากรของ Makeables
• 3axis.co
• Ameede
• คู่มือเครื่องตัดเลเซอร์ขนาดใหญ่สำหรับสิ่งทอของ Taylor Alexander เป็นการทดลองที่น่าสนใจและต้นทุนต่ำ แต่ค่อนข้างอันตรายเพราะขาดอุปกรณ์ความปลอดภัยและระบบระบายควัน

[GN⁺]

ความคิดเห็นจาก Hacker News

• สำหรับผู้ที่สนใจ ผมได้ออกแบบ เครื่องตัดเลเซอร์ขนาดใหญ่ 60×78 นิ้ว ที่ปรับให้เหมาะกับการตัดผ้าสำหรับตัดเย็บ เป็นแบบออกแบบต้นทุนต่ำมากที่สร้างได้ด้วยเงินไม่กี่ร้อยดอลลาร์ แกน gantry ถอดแยกได้ และฐานเป็นไม้อัดบาง ๆ จึงสามารถคลุมด้วยพรมเมื่อไม่ได้ใช้งาน ทำให้แทบไม่กินพื้นที่เพิ่มในอพาร์ตเมนต์
  แนวคิดนี้ใช้งานได้จริง แต่ในกรณีของผม gantry ฝืดเล็กน้อยจนทำให้เสียสเต็ป จึงยังต้องปรับปรุง ตอนนี้ผมแทบจะพับโปรเจกต์ไปแล้ว แต่หวังว่าจะเป็นแรงบันดาลใจให้เวอร์ชันต่อ ๆ ไป: https://github.com/tlalexander/large_format_laser_cutter
  วิดีโอ YouTube สุดท้ายก็ทำไม่เสร็จ แต่มีวิดีโอฉบับยังไม่สมบูรณ์ที่ไม่มีเสียงบรรยายและการตัดต่อช่วงท้าย ซึ่งแสดงการทำงานของระบบและรายละเอียดเพิ่มเติม: https://github.com/tlalexander/large_format_laser_cutter/iss...
  โดยเฉพาะในแบบออกแบบมี สแกนเนอร์แพตเทิร์นที่ใช้ Raspberry Pi อยู่ด้วย สามารถใช้สแกนเสื้อผ้าเพื่อทำสำเนา หรือสแกนแพตเทิร์นตัดเย็บกระดาษแล้วไปปรับแต่งด้วยมือใน Inkscape ได้

  • เยี่ยมเลย ผมขอลิงก์ไปยังโปรเจกต์นี้ในบทความได้ไหม?
  • มีเลเซอร์กำลังสูงอยู่ด้วย เลยสงสัยว่าได้คิดและลงทุนด้าน ความปลอดภัย ไปมากแค่ไหน
  • เป็นโปรเจกต์ที่เจ๋งมากจริง ๆ ขอบคุณที่ทำออกมา อยากทราบว่ามี รายชื่อผ้า ที่ตัดได้ไหม ถ้าเป็นเส้นใยสังเคราะห์ควรมองว่าใช้ไม่ได้ใช่ไหม?
  • อาการ gantry ฝืดน่าจะเป็นเพราะมอเตอร์สองตัวขยับต่างกันเล็กน้อยเป็นครั้งคราว
  • เคยคิดไหมว่าจะเพิ่มกล้องไว้ใกล้ลำแสง เพื่อติดตามแนวตัดเหมือน registration mark แล้วคงพื้นที่ตัดให้เล็ก แต่ปรับตำแหน่งใหม่ไปเรื่อย ๆ เพื่อให้ตัดรูปทรงใหญ่ทั้งชิ้นได้อย่างแม่นยำ

• ผมไม่เห็นด้วยกับคำกล่าวที่ว่า “เลเซอร์ไดโอดค่อนข้างปลอดภัยกว่าสำหรับคนที่ไม่ได้รับการฝึกพิเศษ เพราะมองเห็นลำแสงได้” ทั้งเลเซอร์ไดโอดและเลเซอร์หลอดสามารถทำให้ตาบอดได้ทันที
  เลเซอร์ไดโอดอยู่ในย่านแสงที่มองเห็นได้ จึงต้องใช้ วัสดุป้องกันเฉพาะทาง ที่กันย่านแสงที่มองเห็นได้ช่วงนั้นโดยเฉพาะ ซึ่งกลับกันได้ยากกว่า แถมผลิตภัณฑ์จำนวนมากยังมีแสงรั่วในความถี่อื่น ๆ ทำให้ยิ่งยากขึ้น
  ในทางกลับกัน หลอด CO2 นั้นง่ายกว่า มีพลาสติกทั่วไปหลายชนิดที่ปล่อยให้แสงที่มองเห็นผ่านได้ แต่กันความยาวคลื่นอินฟราเรดที่หลอด CO2 ปล่อยออกมา ทำให้เลือกวัสดุป้องกันได้ง่ายกว่ามาก
  ไม่ว่าเลเซอร์ตัดชนิดใดก็ไม่ควรใช้งานโดยไม่มี ตู้ครอบและแว่นนิรภัย และสำหรับเลเซอร์ CO2 เรื่องนี้ทำให้ทำได้ง่ายกว่ามาก

  • เห็นด้วย นั่นเป็นคำแนะนำที่อันตรายจริง ๆ ระบบ CO2 ค่อนข้างปลอดภัยกว่าในแง่ความเสียหายต่อดวงตา ตราบใดที่ไม่โดนตรง ๆ ความยาวคลื่น 10.6μm จะถูกดูดกลืนอย่างแรงที่ดวงตา ทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อนที่พื้นผิว ต้อกระจก หรือกระจกตาไหม้ได้ แต่จะไม่โฟกัสไปที่จอประสาทตา โอกาสสูญเสียการมองเห็นรุนแรงจึงต่ำกว่า
    แว่นนิรภัยโพลีคาร์บอเนตมี optical density สูงมากที่ 10.6μm จึงเป็นอุปกรณ์ป้องกันที่เหมาะสม
    เลเซอร์ไดโอดแสงที่มองเห็นได้นั้นสถานการณ์แย่กว่ามาก กำลังมักต่ำกว่า แต่แรงพอที่แม้เพียงมองแสงสะท้อนแบบกระเจิงก็ยังเกิดความหนาแน่นกำลังที่เป็นอันตรายต่อจอประสาทตาได้ สมองซ่อนความเสียหายแบบนี้ได้ดีมาก จนอาจไม่รู้ตัวจนสายเกินไป
    ไฟเบอร์เลเซอร์ 1.064μm คือของที่รวมข้อเสียที่สุดของทั้งสองฝั่งไว้ด้วยกัน กำลังสูงมาก มองไม่เห็น จึงไม่รู้ว่ามีแสงรั่วออกมาเท่าไรหรือกำลังมองแสงสะท้อนอยู่หรือไม่ และแว่นนิรภัยก็แพงและตรวจสอบยืนยันได้ยาก
    ผมชอบทำอะไรกับเลเซอร์กำลังสูง แต่คิดว่าโชคดีที่ต้องผ่านการอบรมความปลอดภัยด้านเลเซอร์มามาก ก่อนจะซื้อแหล่งกำเนิดเลเซอร์ขนาดใหญ่เครื่องแรก
  • ใช่เลย ถูกต้อง 100% และถ้อยคำของผมสะเพร่าเกินไปจนอาจทำให้คนใช้อุปกรณ์เสี่ยงอันตรายได้ ถ้ามองเห็นลำแสงได้ ก็มีโอกาสสูงว่าอาจสายเกินไปแล้ว ตั้งแต่แรกไม่ควรอยู่ในตำแหน่งที่ทำให้เกิดความเป็นไปได้นั้น
    ผมอัปเดตบทความด้วยถ้อยคำที่ดีกว่าแล้ว และใส่อ้างอิงถึงคอมเมนต์นี้ไว้ด้วย ถ้าช่วยดูว่ายังมีจุดไหนควรแก้อีก จะขอบคุณมากจริง ๆ
  • ยากจะเข้าใจว่าทำไม เลเซอร์ไดโอดสำหรับงานอดิเรกที่ไม่มีทั้งตู้ครอบหรือระบบระบายอากาศเลย ถึงขายกันมากมายขนาดนี้ ผลคือทำให้คนคิดว่าอุปกรณ์พวกนี้เป็นของเสริมตามชอบ ทั้งที่ไม่ใช่เลย
  • เลเซอร์อินฟราเรดปลอดภัยกว่ามาก เพราะดวงตาจะไม่พยายามโฟกัสลำแสงโดยอัตโนมัติ จึงยังมีตาข่ายนิรภัยอยู่บ้างที่จะช่วยหลีกเลี่ยงการเกิดรูสะอาด ๆ ที่ fovea
    อย่างไรก็ดี การมองเห็นตำแหน่งลำแสงก็มีประโยชน์ ดังนั้นวิธีหนึ่งคือผสมเลเซอร์สีแดง/เขียวกำลังต่ำเข้าไปกับลำแสงตัด ทำได้ง่าย ๆ แค่ติดสายไฟเบอร์ออปติกเส้นหนึ่งไว้ข้างหัวตัดหลักก็พอ
  • เท่าที่ผมรู้ แม้จะไม่ได้รู้มากนัก เลเซอร์ไม่เกิน 1mW ถือว่า ปลอดภัยด้วยการกะพริบตา ในความหมายที่ว่าหากกะพริบตาอย่างรวดเร็วก็หลีกเลี่ยงความเสียหายถาวรได้
    เรื่องนี้ไม่เกี่ยวกับการตัดด้วยเลเซอร์ที่มีกำลังระดับนั้น

• บทความพูดถึงความแม่นยำ แต่เป็นเรื่องของ ความแม่นยำของตำแหน่ง และไม่ได้พูดถึงความเที่ยงในการทำซ้ำ หากไม่มีความเที่ยงในการทำซ้ำ ความแม่นยำก็มักแทบไม่มีประโยชน์
  อีกอย่าง มักมีการให้ค่าความแม่นยำแบบทิศทางเดียว ซึ่งไม่ได้สะท้อนแบ็กแลชของการกำหนดตำแหน่ง และยิ่งไม่สะท้อนความเที่ยงในการทำซ้ำเลย
  คิดคร่าว ๆ ได้แบบนี้ ความแม่นยำแบบทิศทางเดียวคือ เมื่อสั่งจาก 0 ไปยังตำแหน่งหนึ่งแล้วไปถึงตรงไหน ความแม่นยำแบบสองทิศทางคือ เมื่อไปจาก 0 ไปยังตำแหน่งหนึ่งแล้วสั่งตำแหน่งในทิศทางตรงข้าม จะไปถึงตรงไหน ส่วนความเที่ยงในการทำซ้ำคือการย้ายจาก 0 แล้วกลับมาที่ 0 ซ้ำ ๆ และเปรียบเทียบผลลัพธ์
  ถ้ามองเฉพาะตำแหน่งที่สั่งจาก 0 ไปในทิศทางเดียว ก็มีโอกาสสูงที่ความแม่นยำจะต่ำกว่า 0.1mm
  แต่จะเป็นจริงซ้ำ ๆ หรือไม่นั้น ไม่ได้ขึ้นกับแค่วิธีขับเคลื่อนเท่านั้น ยังขาดด้วยว่า กำลังขับเคลื่อนอะไรอยู่ ต้องดูว่าเป็นลีดสกรู บอลสกรู แร็คแอนด์พิเนียนเกียร์ หรือไม่มีอะไรเลย
  ถ้าไม่มีอะไรเลย ไม่ว่าจะเป็นสเต็ปเปอร์มอเตอร์เดี่ยว ๆ หรือสเต็ปเปอร์มอเตอร์ร่วมกับสายพาน ต่างก็จะมีปัญหาความเที่ยงในการทำซ้ำ เพราะความคลาดเคลื่อนสะสมผ่านแบ็กแลช
  หากใช้สายพานหรือเกียร์บ็อกซ์ที่เหมาะสมก็ลดแบ็กแลชได้มาก แต่แม้ในช่วงราคานี้ หากไม่อยากให้ความแม่นยำกลายเป็นสิ่งไร้ประโยชน์ ก็ดูเหมือนต้องมีกลไกที่รับประกันความเที่ยงในการทำซ้ำ เช่น เฮลิคัลแร็คแอนด์พิเนียน หรือบอลสกรู

  • อยากรู้ว่ามอง มอเตอร์เชิงเส้นแบบแม่เหล็ก อย่างที่น่าจะอยู่ในผลิตภัณฑ์ใหม่ Peoploly Magneto X อย่างไร มันจะช่วยลดแบ็กแลชได้มากไหม?
    อีกอย่าง ผมคาดไว้ว่า ความแม่นยำจะถูกนำเสนอจากจุดอ้างอิงคงที่ และจะรวมสถานการณ์ความเที่ยงในการทำซ้ำทั้งหมดที่อธิบายไว้ให้เป็นค่ากรณีเลวร้ายที่สุดค่าเดียว คือค่าที่ความคลาดเคลื่อนไม่เกิน
    ผมสงสัยว่า ถ้าความแม่นยำต่ำแต่ความเที่ยงในการทำซ้ำสูง หมายความว่าผลลัพธ์ตามแนวคิดแล้วเป็นผลลัพธ์ที่ดีซึ่งมีเพียงออฟเซ็ตคงที่หรือไม่ หรือหมายความว่าจะเกิดขอบที่กระเพื่อม อาร์ติแฟกต์ ส่วนที่ตัดไม่ขาดหรือถูกตัดมากเกินไป ในสเกลที่เล็กกว่าความแม่นยำที่ระบุ เช่น มุมที่เส้นตัดซึ่งเข้ามาจากปลายคนละด้านมาบรรจบกัน
  • เป็นประเด็นที่ดี
    เพียงแต่ปัญหาเหล่านี้ใกล้เคียงกับปัญหาที่เจอหลังจากขยับขึ้นไปอีกระดับหนึ่ง เลเซอร์กับเครื่องพิมพ์ 3D มีหัวเครื่องมือที่เบาและแทบไม่มีแรงต้าน ดังนั้นแม้การควบคุมสเต็ปเปอร์จะค่อนข้างหละหลวม ก็ยังได้ชิ้นงานออกมา
    ไม่ได้ผิดหรอก แต่ตอนเริ่มทำ CNC มีเรื่องที่ต้องเรียนรู้เป็นภูเขา การซื้อเครื่องราคาถูกมาทำความเข้าใจ ปรับแต่ง และพัฒนาความเที่ยงในการทำซ้ำ กระบวนการนั้นเองคือวิธีที่ทักษะเพิ่มขึ้น จากมุมมองงานอดิเรก DIY เรื่องแบบนี้เป็นธรรมชาติ
    แม้ไม่ใช่เครื่องที่ดี ก็ยังสร้างชิ้นงานด้วย toolchain อย่าง Fusion 360 หรือ OpenSCAD ได้
    ถ้ามีเงินพอ ก็ข้ามความลำบากในการจูนเครื่องแบบนี้ไปได้มาก และอุปกรณ์ระดับมืออาชีพนั้นเหมือนเวทมนตร์จริง ๆ ส่วนผมออกแนวลองจับ ลองเรียนรู้ก่อน แล้วถ้าดูน่าสนุกค่อยเพิ่มงบงานอดิเรกเป็น 10 เท่า
    คนที่คิดจะทำธุรกิจด้วยเลเซอร์คัตเตอร์ต้องรู้เนื้อหาที่พูดถึงตรงนี้ ผู้ใช้เป็นงานอดิเรกควรต้องไม่ตายจาก ก๊าซพิษที่ออกมาจากหนังฟอกฝาด ก่อน และต้องตัดสินใจว่าอยากทำของหรืออยากซ่อมปรับเครื่อง ทั้งสองอย่างสมเหตุสมผลเต็มที่
    ใจความคือเห็นด้วยกับทุกประเด็น การบอกให้รู้ถึงความลำบากที่จะเจอกับเครื่องราคาถูกก็เป็นเรื่องดี เพียงแต่เครื่องราคาถูกก็สนุกได้มากพอ และสุดท้ายขึ้นอยู่กับว่าต้องการอะไร
  • เครื่องราคาถูกแบบนี้ไม่มีแร็คแอนด์พิเนียนหรือบอลสกรู งบนั้นเป็นไปไม่ได้ตั้งแต่แรก และต่อให้เป็นไปได้ เครื่องก็คงเล็กเกินไปจนแทบไม่มีประโยชน์
    อาจดัดแปลงติดตั้งกับเครื่องที่มีอยู่ได้ แต่พอทำเสร็จ มีโอกาสสูงว่าค่าใช้จ่ายจะมากกว่าเครื่องเดิม และการปรับปรุงก็แทบไม่เห็นชัด จะใส่เซอร์โว การชดเชยโฟกัส และแกน Z แบบเคลื่อนที่เข้าไปด้วยก็ได้ แต่แบบนั้นก็หลุดจากช่วงราคางานอดิเรกแล้ว
    เครื่องโครงเปิดอะลูมิเนียม แบบนี้ไม่ได้มุ่งใช้ในอุตสาหกรรม ดังนั้นความคาดหวังก็ควรต่ำตามไปด้วย มันยังไม่ชดเชยการขยายตัวจากความร้อนของเฟรมด้วยซ้ำ
    คุณภาพสายพานโดยทั่วไปค่อนข้างดี ตรงข้ามกับที่กล่าวอ้าง ระบบขับด้วยสายพานไม่ได้สะสมแบ็กแลช ถึงจะมีแบ็กแลชอยู่บ้าง แต่โดยรวมจะคงที่ตราบใดที่ไม่เสียสเต็ป และถ้าปกติก็ไม่ควรเสียสเต็ป มีส่วนผสมของเคฟลาร์ จึงลดปัญหาการยืดที่อาจเกิดกับสายพานที่ถูกกว่านี้ได้มาก
    แกนแกนทรีขยับด้วยสเต็ปเปอร์สองตัว หรือมีเพลาขวางที่ขับเฟืองฝั่งตรงข้าม มันไม่สมบูรณ์แบบ ถ้าแกนยาวก็จะเกิดการบิด และตอนเคลื่อนที่เร็ว ฝั่งหนึ่งอาจช้ากว่านิดหน่อย หรือเห็นโอเวอร์ชูตเมื่อหยุดกะทันหัน
    ถึงอย่างนั้น แม้ที่ความเร็วสูงมากและทำซ้ำหลายร้อยครั้ง ผมก็ยังไม่เห็นแบ็กแลชหรือระยะหลวมที่ดูหรือวัดได้ด้วยเครื่องมือที่มีอยู่ตอนนี้ ใช้ไมโครมิเตอร์ดี ๆ ดูแล้ว เมื่อเคลื่อนที่ไปหลายร้อยเมตรแล้วหยุด ความคลาดเคลื่อนตำแหน่งต่ำกว่า 0.1mm และความคลาดเคลื่อนตำแหน่งจากจุดกำเนิดไปยังจุดใด ๆ ของเครื่องก็อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้
    สิ่งที่เห็นชัดจริง ๆ คือเพราะโครงสร้างแบบโครงเปิด เครื่องจึงไม่ได้ฉากตั้งแต่ออกจากโรงงาน และต้องใช้เวลาพอสมควรในการปรับให้ตรงจริง ๆ
    ผมไม่มีอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ แต่ถ้ายืมได้ก็คิดว่าจะลองวัดดู แค่การทดสอบง่าย ๆ ตอนนี้ก็แสดงให้เห็นว่าเครื่องใช้งานได้ดีพอ และความแม่นยำของมิติก็ดีจนแทบไม่มีเหตุผลต้องจ้างบริษัทรับตัดเลเซอร์มืออาชีพ
    ถ้าตัดโลหะก็เป็นอีกเรื่องหนึ่ง แต่แน่นอนว่าไดโอดเลเซอร์ไม่ได้ใช้ทำงานแบบนั้นอยู่แล้ว แม้ในงานตัดแผ่น ค่าพิกัดเผื่อของชิ้นงานขนาดใหญ่ก็ไม่เหมือนเครื่องมิลลิ่งหรือเครื่องกลึง คุณจะทำเพลาอัดแน่น หรือตัดเฟืองฟัน 1mm ด้วยเครื่องแบบนี้ไม่ได้
    ถ้าต้องการความละเอียดระดับนั้น เครื่องมือนี้ไม่ใช่คำตอบ และการตัดด้วยเลเซอร์เองก็ไม่ใช่กระบวนการที่เหมาะ ถ้าต้องการความละเอียดแบบนั้นกับงานโลหะแผ่น ก็ควรใช้การมิลลิ่ง หรือทำมาสก์ด้วยกระบวนการถ่ายภาพแล้วกัดกรดน่าจะเหมาะกว่า
    สำหรับงานไม้ กระดาษลูกฟูก และผ้า ความละเอียดที่เครื่องราคาถูกเหล่านี้ให้มาก็เพียงพอแล้ว

• มีเรื่องความปลอดภัยบางอย่างที่บทความตกหล่นไป
  ควรซื้อ แว่นตานิรภัยสำหรับเลเซอร์ ที่ตรงกับความยาวคลื่นของเลเซอร์จากแหล่งที่เชื่อถือได้ และสวมใส่เสมอระหว่างที่เครื่องมีไฟเข้า
  ต้องมีวิธีตัดไฟเลเซอร์ได้ง่ายและรวดเร็วเมื่อเกิดไฟไหม้ด้วย ไม่ว่าจะเป็นปุ่มหยุดฉุกเฉิน หรือเต้ารับที่มีสวิตช์ก็ตาม
  และ ห้ามตัด PVC เด็ดขาด เพราะจะเกิดก๊าซคลอรีน ซึ่งทำให้บาดเจ็บหรือตายได้ หรือไม่ก็ทำให้เครื่องกัดกร่อน

  • หากเป็นเครื่องที่มี enclosure และ interlock ที่เหมาะสม ก็อาจไม่จำเป็นต้องใช้แว่นตานิรภัยสำหรับเลเซอร์
    เพิ่มเติมคือ ไม่ควรพยายามตัดไม้อัดเรซินฟีนอล ไม่แน่ใจว่าควันและสิ่งตกค้างอันตรายแค่ไหน แต่ความเสี่ยงหลักน่าจะเป็นฟอร์มาลดีไฮด์ และที่สำคัญที่สุดคือเรซินฟีนอลตัดยาก อย่างน้อยก็เป็นแบบนั้นกับเลเซอร์ CO2 และไม่รู้ว่าไดโอดเลเซอร์จะดีกว่าหรือไม่
    วิธีที่ใช้ได้ดีสำหรับผมคือดูที่ขอบไม้อัด ถ้าเห็นเส้นสีดำบาง ๆ ระหว่างชั้น ก็มีโอกาสสูงว่าเป็นฟีนอล และถ้าตัดจะเต็มไปด้วยเขม่า

• ขอแนะนำ Guerrilla Guide to CNC เป็นเอกสารเสริมสำหรับบทสรุปยอดเยี่ยมเกี่ยวกับการตัดด้วยเลเซอร์: https://lcamtuf.coredump.cx/gcnc/
  เป็นแหล่งอ้างอิงเกี่ยวกับ CNC/เครื่องพิมพ์ 3D สำหรับการผลิตจำนวนน้อย ที่ดีที่สุดเท่าที่เคยอ่านมา ถ้าชอบบทความต้นฉบับ ก็น่าจะสนุกกับอันนี้ด้วย

• ต้อง ระบายอากาศ ในพื้นที่ให้ถูกต้องอย่างยิ่ง
  https://www.theregister.com/2017/01/30/berkeley_maker_couple...

  • เป็นเหตุการณ์ที่เลวร้าย และใช่ ประเด็นนั้นถูกกล่าวถึงไว้แล้ว ผมคิดว่าเครื่องตัดเลเซอร์ไม่ปลอดภัยอย่างสมบูรณ์และใช้งานไม่ได้เลยหากไม่มีการระบายอากาศ
    รู้สึกคุ้น ๆ อยู่เหมือนกัน: https://news.ycombinator.com/item?id=13507734
    สุดท้ายพบว่าเป็นพิษจาก CO2
  • ควรมี อุปกรณ์ดับเพลิงและตรวจจับ ด้วย

• สิ่งที่แทบจะมองข้ามไม่ได้ในการตัดด้วยเลเซอร์คือกลิ่น เช่น ถ้าตัดของประดับคริสต์มาส กลิ่นไม้ไหม้ฉุน ๆ จะติดอยู่แทบตลอดไป
  ถ้ามีชิ้นไม้ที่ตัดด้วยเลเซอร์อยู่ในห้อง พอเดินเข้าห้อง กลิ่นนั้นจะเป็นสิ่งแรกที่รับรู้ มีเทคนิคดี ๆ ที่หลีกเลี่ยงได้ไหม?

  • ใช่ บอกได้เลยว่ามีชิ้นส่วนที่ตัดด้วยเลเซอร์อยู่หรือไม่ และ “ตลอดไป” น่าจะใกล้เคียงกับไม่กี่เดือน ในที่สุดกลิ่นก็จะหายไป
    ผมไวต่อกลิ่นไฟเป็นพิเศษ ตอนแรกเลยเป็นปัญหาจริง ๆ
    วิธีแก้คือทำชิ้นส่วนให้ใหญ่ขึ้นเล็กน้อยแล้วขัด ขอบที่ไหม้เกรียม ออกด้วยกระดาษทราย หรือทาวานิช/สีเพื่อไม่ให้ไม้ที่ไหม้เกรียมส่งกลิ่น หรือพ่นทรายชิ้นงานเบา ๆ ก็ได้ แต่ขอบที่ไหม้เกรียมจะยึดเกาะกับวานิชและสีได้ไม่ดีนัก
  • ผมหาถังขยะมีฝาปิดไว้ใส่ชิ้นส่วนเล็ก ๆ และวางเครื่องดูดฝุ่นสำหรับเวิร์กช็อปไว้ใกล้ ๆ เพื่อทำความสะอาดถาดรองของเลเซอร์หลังตัดของที่มีกลิ่น
    ผมอัปเกรดพัดลมดูดอากาศด้วย เพื่อไม่ให้อะไรย้อนเข้ามาในห้อง ใช้พัดลม DC ปรับความเร็วได้ จึงเปิดความเร็วต่ำต่อหลังตัดของที่มีกลิ่น แล้วให้ระบายออกไปข้างนอกจนกว่ากลิ่นจะหาย
    ปัญหากลิ่นแย่ที่สุดตอนใช้ไม้ราคาถูกจาก Home Depot พอเปลี่ยนเป็นไม้อัด เบิร์ชบอลติก ของจริง กลิ่นก็น้อยลง จึงคิดว่าวัสดุก่อนหน้าน่าจะมีสารเคมีอยู่
    อะคริลิกก็มีกลิ่น แต่หายไปเร็ว
  • สิ่งสำคัญคือใช้ ไม้อัดสำหรับเลเซอร์ กลิ่นมักมาจากกาวมากกว่าจากไม้
    air assist ก็สร้างความแตกต่างได้มาก และการใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่โฟกัสดีและคุณภาพลำแสงดีก็สำคัญเช่นกัน ถ้ายังไม่ได้ผล ลองเคลือบซีลด้วยเชลแล็กหรือโพลียูรีเทนก็ได้

• ช่วงไม่กี่ปีมานี้วงการนี้กำลังเติบโต โดยเฉพาะ การทำ laser texturing ด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที สิ่งที่เมื่อ 10 ปีก่อนยังเป็นเลเซอร์ในห้องแล็บ ตอนนี้กำลังถูกติดตั้งบนแกน gantry ของเครื่อง CNC มาตรฐานแล้ว
  น่าเสียดายที่สิ่งที่ดูขาดในตลาดเครื่อง CNC เลเซอร์ระดับไฮเอนด์คือซอฟต์แวร์ และยังไม่มีการแยกส่วนระหว่างการเขียนโปรแกรม CAM กับการรันงานเหมือนที่มีในเครื่องมิลลิง
  ไม่มีสิ่งที่เทียบเท่ากับ G-code ซึ่งสร้างจากซอฟต์แวร์ใดก็ได้แล้วนำไปรันบนเครื่องหลายเครื่องได้ ด้วยวิธีการประมวลผล บางครั้งทำแบบนั้นไม่ได้เพราะจะเกินความจุ RAM ขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว

  • ผมทำงานด้านการมาร์ก/แกะสลักด้วยเลเซอร์ และภายในเคยคุยเรื่อง G-code กัน แต่สุดท้ายไม่ได้เลือกใช้ เพราะไม่เหมาะกับผลิตภัณฑ์ พารามิเตอร์ของเลเซอร์มีมากเกินไป และยังมีองค์ประกอบแบบไดนามิกเยอะ เช่น QR code
  • สงสัยว่าถ้าใช้ซอฟต์แวร์ CAD/CAM ที่มีอยู่กับ G-code ไปเลย จะมีปัญหาอะไร

• ถ้าทำธุรกิจตัด CNC ด้วยเลเซอร์และใช้ เครื่องตัดเลเซอร์ CO2 ขนาดใหญ่ จะต้องเสียเงินมากกับการเปลี่ยนหลอดเลเซอร์ CO2 อยู่เรื่อย ๆ เพราะแม้หลอดจะยังสภาพดี แต่ถ้าใช้งานมาก แก๊สก็จะเสื่อมสภาพ
  เหตุผลที่เติมแก๊สใหม่อย่างเดียวไม่ได้ เพราะส่วนผสมแก๊สที่แม่นยำซึ่งทำให้ได้หลอดเลเซอร์ที่เสถียรและเชื่อถือได้นั้นถูกผูกขาดไปนานแล้ว
  เพียงความลับทางการค้านั้นอย่างเดียวก็ทำให้หลอดจำนวนมากกลายเป็นขยะ และต้องผลิตมากเกินความจำเป็นอย่างมาก เป็นตัวอย่างคลาสสิกที่การผูกขาดความรู้ทางวิทยาศาสตร์นำไปสู่ความสิ้นเปลืองที่ไม่จำเป็นอย่างมีนัยสำคัญ

  • แล้วส่วนผสมนั้นคืออะไรล่ะ?

• เหตุผลที่การตัดด้วยเลเซอร์ดีคือรูปแบบไฟล์แบบ SVG ทำให้เขียนตัวสร้างแบบกำหนดพารามิเตอร์ด้วยภาษาโปรแกรมที่ต้องการได้ง่ายมาก
  จึงเชื่อมวัตถุจริงเข้ากับแอปที่ใหญ่กว่าได้ง่ายด้วย เช่น เชื่อมกับการแสดงผล 3D ของผลลัพธ์ที่คาดไว้หรือคู่มือการประกอบ ขณะยังคงให้ทั้งหมดอยู่ในรูปแบบกำหนดพารามิเตอร์
  ผมกำลังออกแบบบางอย่างด้วย Observable notebooks: https://observablehq.com/d/1117987aeab1be0d

  • การสร้าง SVG แบบกำหนดพารามิเตอร์ เป็นเครื่องมือที่ดีมากที่ควรมีไว้ในกล่องเครื่องมือ https://festi.info/boxes.py/ ก็ใช้แนวทางเดียวกันทำสิ่งมหัศจรรย์ได้