♦ YAG เลเซอร์ คืออะไร

นิโอดิเมียมแย็กเลเซอร์
เป็นเลเซอร์ชนิดของแข็ง โดยมี host เป็น ผลึกของ Yttrium-aluminium garnet (Y₃Al₅O₁₂) หรือเรียกย่อ ๆ ว่า YAG ส่วนนimpurity คือ Nd³⁺ ซึ่งจะถูก dope เข้าไปประมาณ 1% โดยน้ำหนักโดยทั่วไปนีโอดิเมียมแย็กเลเซอร์ มีกำลังเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 3 – 1,000 วัตต์ สามารถให้แสงได้ทั้งแบบพัลส์ (pulse) และแบบต่อเนื่อง (continuous) ขึ้นอยู่กับว่า pumping source ที่ใช้เป็นแบบหลอดไฟแฟลช หรือหลอดไฟอาร์ค

เลเซอร์ชนิดนี้มีความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร อยู่ในย่านอินฟราเรด แต่นิยมใช้ควบคู่กับ second harmonic crystal เช่น KTP ทำให้ได้ความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร เป็นแสงสีเขียวออกมาได้

เนื่องจากเลเซอร์ชนิดนี้สามารถทำให้เกิดค่ากำลังสูดสุดถึง 2,000 วัตต์ ได้ในระบบเลเซอร์ที่มีค่ากำลังเฉลี่ย 3 วัตต์ เท่านั้น จึงทำให้ระบบเลเซอร์นี้ ซึ่งมีขนาดเล็ก สามารถนำไปทำการเจาะ ตัด หรือแกะสลักวัสดุที่มีความแข็งสูง วัสดุจำพวกโลหะ หรือวัสดุเช่นแก้ว เซรามิก หรืออัญญมณี ได้เป็นอย่างดี

ปัจจุบันระบบนิโอดีเมียมแย็กเลเซอร์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมเป็นแบบใช้หลอดไฟแฟลช หรือหลอดไฟอาร์ค เป็น pumping source ซึ่งระบบนี้มีการสิ้นเปลืองพลังงานมาก เนื่องจากพลังงานทั้งหมดที่ใส่ให้แก่หลอดอาร์คจะมีเพียง 4 – 7% เท่านั้นที่ถูกนำไปใช้ในการกระตุ้น ส่วนที่เหลือคือความร้อนซึ่งจะต้องถูกระบายทิ้งออกไป

ในปัจจุบันมีการพัฒนาเลเซอร์ไดโอดให้มีประสิทธิภาพสูงและมีราคาที่ถูกลงมาก จึงได้นำเอาเลเซอร์ไดโอดมาใช้เป็นแหล่งกระตุ้นแทนที่หลอดไฟอาร์คชนิดเดิม ทำให้ระบบมีประสิทธิภาพสูงขึ้นถึง 50 – 70% ของประสิทธิภาพรวม โดยที่ระบบเดิมมีค่าเพียง 2 – 3% เท่านั้น ระบบจึงมีขนาดเล็กลงมาก และมีอุปกรณ์ระบายความร้อนที่มีขนาดเล็กด้วย ทำให้ค่าใช้จ่ายในการทำงานลดลงมากลดลงมาก

 การประยุกต์ใช้งานเลเซอร์

เราสามารถนำเลเซอร์ไปประยุกต์ใช้งานได้หลายด้าน ดังนี้

   งานอุตสาหกรรม ได้แก่

• Marking and Cutting คือการนำแสงเลเซอร์ไปทำให้เกิดเป็นรอยหรือตัดวัสดุ โดยการควบคุมให้ลำแสงเลเซอร์ไปตกยังชิ้นงานด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ โดยทั่วไปแล้วจะมีระบบเลเซอร์ marking and cutting แบ่งออกเป็น 2 แบบหลัก คือ
  (1) แบบให้ชิ้นงานเคลื่อนที่ ซึ่งสามารถทำการ mark หรือตัดวัสดุที่มีความละเอียดสูงได้เป็นอย่างดี ตัวอย่างเช่นการ mark บนตัวไอซี เป็นต้น และ (2) แบบระบบลำแสงเคลื่อนที่ (flying optics) ซึ่งจะนิยมใช้ในระบบที่มีพื้นที่การทำงานขนาดใหญ่และเลเซอร์กำลังสูง
  ข้อดีของการใช้เลเซอร์ในงานประเภทนี้คือไม่มีการสะสมความร้อนในวัสดุ ทำให้วัสดุไม่เกิดการบิดงอหลังจากทำการตัดแล้ว
• Welding หรือการเชื่อม คือการใช้ความร้อนของลำแสงเลเซอร์มาหลอมละลายวัสดุ 2 ชิ้น ให้เป็นเนื้อเดียวกันในบริเวณที่ถูกลำแสงเลเซอร์
  ข้อดีของการใช้เลเซอร์ในการเชื่อมคือ จุดที่เชื่อมสามารถกำหนดให้มีขนาดเล็กมาก ๆ ได้ เช่น การเชื่อมเส้นทองจากแผ่นชิปวงจรไอซี และระบบเลเซอร์เชื่อม นอกจากนี้ความร้อนที่ สะสมในวัสดุมีน้อยมาก เนื่องจากเป็นการใช้พลังงานสูงในช่วงเวลาสั้นมาก ๆ จึงสามารถควบคุมและกำหนดคุณลักษณะของบริเวณผิวรอยเชื่อมได้เป็นอย่างดี
• Drilling หรือการเจาะ โดยทั่วไปจะใช้เจาะรูที่มีขนาดเล็กมาก ๆ หรือใช้กับวัสดุที่มีความแข็งสูง เช่น เซรามิกส์ เพชร

ทำไมต้องเป็น YAG เลเซอร์

ในปัจจุบัน มีผู้นิยมใช้เแก๊สเลเซอร์ CO2 และYAG สำหรับเครื่องเลเซอร์เป็นหลัก ในขณะเดียวกัน  fiber laser เริ่มเข้ามามีบทบาทในตลาด เนื่องจากว่า  การตัดมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ราคาก็สูงตามไปด้วยเช่นกัน

เนื่องจากความแตกต่างจากวัสดุที่ใช้ที่หลากหลาย ผู้ใช้จึงเลือกเลเซอร์ที่ต่างกัน   ในส่วนของการปรับแต่งโลหะแผ่นบาง  เครื่องตัด YAG เลเซอร์มีประสิทธิภาพด้านเทคนิคและต้นทุนในการผลิตที่ดีกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับ  เครื่องจักร CO2

         หากซื้อเครื่องเลเซอร์ CO2 ขนาดใหญ่  การผลิตจะไม่คุ้มทุนโดยเพราะธุรกิจ ขนาดกลาง และขนาดย่อมจะมีปัญหาในเรื่องของต้นทุน เพราะว่าหากต้องการผลิต lot เล็กๆ เครื่องจักรก็จะทำงานไม่เต็มที่ แต่เครื่องตัดเลเซอร์ระบบ  YAG สามารถควบคุมให้ทำงานหรือหยุดตามที่ผู้ใช้ต้องการ จึงเหมาะสมกับการผลิตใน lot เล็กๆ และการเปลี่ยนแปลงแบบอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกัน เครื่องตัดเลเซอร์ระบบ  YAG  ใช้ไฟ  consume part ,และแก๊ส น้อยกว่า ระบบ CO2

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ตัดจาก YAG เลเซอร์

https://thermal-mech.com/product.php?id=146