ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับงานตัดโลหะแผ่น

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการตัดโลหะแผ่นพัฒนาไปมาก มีกรรมวิธีการตัดให้เลือกหลายวิธี ทำให้สามารถตัดชิ้นงานด้วยความแม่นยำสูง และตัดได้หนาขึ้นกว่าเดิมมาก อย่างไรก็ตาม ไม่มีกรรมวิธีการตัดแบบไหนที่จะเป็นคำตอบสำหรับทุกงาน ในวิธีการตัดแบบต่างๆก็มีข้อดี ข้อด้อยต่างกัน การเลือกวิธีการตัดให้เหมาะสมกับงานจึงเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อให้ได้ชิ้นงานที่เหมาะสมกับความต้องการ, ลดต้นทุนและเพิ่มโอกาสการแข่งขันทางการตลาด

สำหรับเทคโนโลยีการตัดโลหะแผ่นที่นิยมใช้กันในปัจจุบัน มีอยู่ 4 ประเภท คือ

1. พลาสมา(Plasma)

2.เลเซอร์(Laser)

3. แรงดันน้ำ(Waterjet)

4. เครื่องเจาะระบบหัวตอก(Turret Punching)

อันที่จริง ยังมีการตัดด้วยแก๊ส ซึ่งนิยมใช้ในงานตัดเหล็ก แต่เนื่องจาก บทความนี้จะเน้นเนื้อหาไปที่ โลหะกลุ่มสเตนเลสเป็นหลัก จึงขอไม่กล่าวถึงในที่นี้ ในส่วนของเครื่องเจาะนั้น โดยธรรมชาติของกระบวนการแล้ว ไม่ได้เป็นการตัดเหมือนวิธีอื่นๆ แต่ผมขอรวมไว้ในบทความนี้ด้วย เนื่องจาก มีงานหลายประเภท ที่สามารถใช้วิธีนี้ในการผลิตชิ้นงานแทนการตัดได้ และอาจจะเสียค่าใช้จ่ายน้อยกว่าด้วย สำหรับฉบับนี้ เรามาทำความรู้จักกับวิธีการตัดแบบต่างๆกันก่อน

1.พลาสม่า (Plasma) พลาสม่าเป็นสถานะที่ 4 ของสสาร (หลังจากของแข็ง, ของเหลว, แก๊ส) เกิดจากการกระตุ้นอิเล็กตรอนให้หลุดจากอะตอมของสสาร ทำให้เกิดพลังงานสูงมาก จนกลายเป็นพลังงานความร้อนที่นำมาใช้ในการตัดโลหะ ข้อดีของพลาสม่าคือ สามารถตัดงานได้หนามาก โดยสามารถตัดสเตนเลสได้หนาถึง 3” (ขึ้นอยู่กับกระแสไฟที่ใช้) และสามารถตัดได้ด้วยความเร็วสูงกว่าวิธีอื่นๆ แต่มีจุดด้อยคือ ร่องตัดมีขนาดค่อนข้างใหญ่ และเอียง(เตเปอร์) ด้วยข้อด้อยเหล่านี้ ทำให้การตัดด้วยพลาสม่าไม่เหมาะกับงานที่ต้องการความละเอียดสูง โดยทั่วไปแล้ว จะเหมาะกับงานหนา ที่มีรูปร่างไม่ซับซ้อน ยอมรับความคลาดเคลื่อนและความเอียงของสันชิ้นงานได้ประมาณ 1-3mm (ขึ้นอยู่กับความหนาชิ้นงาน และ ความสามารถของเครื่อง) หรือ หากเป็นงานหนาที่ต้องการความละเอียดมากขึ้น ก็อาจจะตัดด้วยพลาสม่า แล้วนำไปกลึง หรือ เจียร์แต่งเพิ่ม เพื่อให้ได้ขนาด และ ผิวชิ้นงานตามที่ต้องการ

2.เลเซอร์ (Laser) เลเซอร์เป็นการตัดโดยใช้พลังงานความร้อนเหมือนกับการตัดด้วยพลาสม่า แต่กระบวนการผลิตพลังงานที่นำมาใช้ตัดต่างกัน ทำให้เปลวที่ใช้ในการตัด เล็กและแคบกว่าพลาสม่ามาก ส่งผลให้ร่องตัดมีขนาดเล็ก, สันแนวตัดตรง ข้อเสียคือ มีข้อจำกัดเรื่องความหนา โดยเครื่องที่อาจกล่าวได้ว่ามีกำลังวัตต์สูง(4000-5000W) จะตัดสเตนเลสได้ประมาณ 15-19 mm และมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับวิธีอื่นๆ ตั้งแต่ราคาเครื่องตัดเลเซอร์รวมไปถึง แก๊ส หัวนอซเซิล และวัสดุสิ้นเปลืองต่างๆ การตัดเลเซอร์จึงเหมาะกับงานบางที่ต้องการความละเอียดสูง  โดยมีความคลาดเคลื่อนเพียง +/-0.15mm เพราะฉะนั้นแล้ววิธีการตัดเลเซอร์จึงเป็นวิธีที่นิยมใช้ในการตัดแผ่นสแตนเลสสีหรือตัดงานตกแต่งมากที่สุด แต่ถึงกระนั้น ในการตัดแผ่นสแตนเลสสีที่มูลค่าสูงนั้น ผู้ดำเนินการตัดงานต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษ เพราะหากแผ่นมีรอยขีดข่วนหรือบุบเสียหายเกิดขึ้นระหว่างการตัด นั้นหมายความว่าวัสดุชิ้นนั้นจะเสียไปเลย และนำมาใช้งานต่ออีกไม่ได้

3. แรงดันน้ำ (waterjet)  การตัดด้วยแรงดันน้ำ กำเนิดขึ้นมาประมาณ 30-40 ปี มาแล้ว ในอดีตไม่เป็นที่นิยมมากนัก เนื่องจากมีข้อจำกัดเรื่องความคลาดเคลื่อนและเสถียรภาพของระบบ แต่ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยี waterjet พัฒนาไปมาก จนปัจจุบันเป็นทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจสำหรับงานตัดโลหะ ระบบ waterjet สามารถแบ่งเป็น 2 ระบบใหญ่ๆคือ ระบบที่ใช้แรงดันน้ำเพียงอย่างเดียว (Pure water jet) และ ระบบที่ใช้สารกัดกร่อน (abrasive)ช่วยในการตัด (Abrasive jet) ทั้งสองระบบมีหลักการเดียวกันคือ ใช้แรงดันน้ำที่สูงมากเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการตัด แต่ ในระบบ Pure water jet จะใช้น้ำเป็นตัวตัดชิ้นงาน ในขณะที่ ในระบบ Abrasive jet แรงดันน้ำจะเป็นตัวขับสารกัดกร่อนที่เติมเข้าไปในระบบ แล้วใช้สารกัดกร่อนที่พ่นออกมาจากหัวฉีดเป็นตัวตัดชิ้นงาน ระบบ Abrasive jet จะใช้กับชิ้นงานที่มีความแข็ง เมื่อพูดถึงการตัดด้วยระบบ waterjet สำหรับงานโลหะก็จะหมายถึงระบบ Abrasive jet นั่นเอง โดยธรรมชาติของระบบ waterjet แล้ว จะแตกต่างจากการตัดพลาสม่า หรือ เลเซอร์ พอสมควร โดยเฉพาะในแง่ที่กระบวนการทั้งหมดไม่มีความร้อนเข้ามาเกี่ยวข้อง ด้วยคุณสมบัตินี้เอง ทำให้มันมีข้อดีที่โดดเด่นคือ สามารถตัดวัสดุได้หลายประเภท ตั้งแต่ เหล็ก สเตนเลส อลูมิเนียม ทองเหลือง ทองแดง พลาสติก ไม้ ยาง หิน เซรามิค แก้ว  โดยไม่ทำให้วัสดุหลอมเหลว หรือสูญเสียคุณสมบัติทางกายภาพไป อีกทั้งยังตัดงานได้หนา และ มีความเอียงของร่องตัดน้อย และค่าใช้จ่ายโดยรวมจะน้อยกว่าการตัดเลเซอร์ ข้อด้อยของ waterjet คือ ตัดงานได้ค่อนข้างช้า และร่องตัดยังมีขนาดใหญ่กว่าการตัดด้วยเลเซอร์ ในเรื่องของความหนา และ ความละเอียด อาจกล่าวได้ว่า การตัดด้วย waterjet เป็นทางเลือกที่อยู่ระหว่างการตัดเลเซอร์และพลาสม่า คือเหมาะกับงานที่ต้องการความละเอียดปานกลางที่พลาสม่าไม่สามารถทำได้ หรืองานที่หนาเกินขีดจำกัดของเลเซอร์

4. เครื่องเจาะระบบหัวตอก (Punching) Punching เป็นวิธีการที่ต่างจากการตัดทั้งสามวิธีที่กล่าวมาข้างต้น โดยการตัดทั้งสามวิธีที่กล่าวมานั้นเป็นการผลิตชิ้นงาน ด้วยการเดินอย่างต่อเนื่องของหัวตัด ทำให้เกิดเป็นแนวตัดตามแบบ แต่ punching เป็นการใช้หัวตอกเจาะลงไปบนแผ่นโลหะ ให้เกิดเป็นรูหรือแนวตัดตามลักษณะรูปร่างของหัวตอก ด้วยวิธีนี้ทำให้เครื่อง punching ต้องมีหัวตอกหลายประเภท หลายขนาด เพื่อรองรับแบบงานตัดได้หลากหลาย ข้อดีของ punching คือ สามารถปั๊มเจาะได้ด้วยความเร็วสูง แม่นยำ กับแบบงานที่มีหัวแม่พิมพ์รองรับ ข้อเสียคือ เนื่องจากเป็นการใช้หัวตอกเจาะทะลุแผ่นโลหะด้วยแรงกด ทำให้ไม่สามารถใช้กับงานหนาได้ สำหรับสเตนเลสจะจำกัดอยู่ที่ประมาณ 3-4 mm ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือ แนวตัดที่เป็นเส้นโค้งจะต้องใช้หัวแม่พิมพ์ตอกต่อๆกันทำให้ได้แนวตัดที่ไม่สวยเหมือนการตัดด้วยวิธีอื่น  นอกจากนี้ การผลิตชิ้นงานด้วยวิธี punching ยังมีเรื่องของการเสียเวลาในการจัดเตรียมหัวแม่พิมพ์ด้วย  วิธีนี้จึงเหมาะกับงานบาง, แบบที่มีรูเยอะ, ผลิตเป็นจำนวนมากในลักษณะ mass production