×
ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วในการทำงานของเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์และความต้องการพลังงานนั้นไม่ได้ตรงไปตรงมาเลย เมื่อเครื่องเหล่านี้เริ่มทำงานครั้งแรก มักจะใช้พลังงานประมาณ 2.5 กิโลวัตต์ ตามรายงานล่าสุดจากอุตสาหกรรมระบบเลเซอร์ในปี 2023 แต่เมื่อเครื่องทำงานเข้าสู่สภาวะคงที่และทำงานต่อเนื่องที่ความเร็วประมาณ 800 มิลลิเมตรต่อวินาที ปกติแล้วจะใช้พลังงานเพียง 1.2 กิโลวัตต์เท่านั้น ซึ่งจริงๆ แล้วน้อยกว่าที่เทคนิคการแกะสลักรุ่นเก่าๆ ใช้ถึงหนึ่งในสี่ หากผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องลดความเร็วลงเหลือ 300 มิลลิเมตรต่อวินาทีสำหรับการแกะสลักที่ลึกมาก พลังงานที่ใช้จะเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 40 เนื่องจากเลเซอร์ยังคงทำงานอยู่บนพื้นผิววัสดุนานขึ้น โชคดีที่อุปกรณ์รุ่นใหม่มาพร้อมกับเทคโนโลยีที่เรียกว่าระบบปรับระดับพลังงานแบบปรับตัวได้ โดยหลักการคือ ระบบควบคุมจะปรับระดับพลังงานที่ส่งไปยังเลเซอร์ตามความเร็วที่ตั้งโปรแกรมไว้ เพื่อช่วยให้การใช้พลังงานโดยรวมยังคงมีประสิทธิภาพแม้ว่าสภาพแวดล้อมในการผลิตจะเปลี่ยนแปลงไป
ระบบที่ใช้เลเซอร์เส้นใยรุ่นใหม่ล่าสุดสามารถปรับความเร็วได้แบบเรียลไทม์ ขึ้นอยู่กับสิ่งที่เครื่องมองเห็นผ่านระบบวิชันของมันเอง ซึ่งหมายความว่ามันจะไม่สูญเสียพลังงานในขณะเคลื่อนที่โดยไม่ได้ทำเครื่องหมายจริง ช่วยลดการใช้พลังงานลงได้ประมาณหนึ่งในสี่ในช่วงเวลาที่ไม่ได้ทำงานจริงตามการศึกษาเมื่อปี 2024 ที่ผ่านมา นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติอัจฉริยะที่เรียกว่าโหมดเบิร์สต์ (burst mode) ซึ่งสลับระหว่างการพัลส์ที่เร็วมากที่ 10,000 เฮิรตซ์ในขณะที่กำลังทำเครื่องหมาย กับการพัลส์ที่ช้ากว่ามากที่เพียง 200 เฮิรตซ์ในขณะที่รอคอย ระบบยังคงพร้อมใช้งานแต่ไม่กินไฟฟ้าในขณะที่เครื่องว่าง ทำให้การใช้พลังงานลดลงเหลือเพียง 300 วัตต์ แทนที่ค่าเดิมก่อนหน้านี้
ผู้จัดหาระดับ Tier-1 ในอุตสาหกรรมยานยนต์ได้ปรับแต่งค่าตั้งของเลเซอร์ CO₂ สำหรับการทำเครื่องหมายสปริงวาล์ว ทำให้ประหยัดพลังงานได้อย่างมาก ขณะเดียวกันก็ยังคงรักษามาตรฐานคุณภาพ ISO/TS 16949 ไว้ได้:
| พารามิเตอร์ | สายด่วน | ได้รับการปรับแต่งแล้ว |
|---|---|---|
| ความเร็ว | 650 มม./วินาที | 900 มม./วินาที |
| ความถี่ของกระแทก | 20 กิโลเฮิรตซ์ | 15 กิโลเฮิรตซ์ |
| วงจรทํางาน | 85% | 72% |
การปรับแต่งดังกล่าวช่วยลดการบริโภคพลังงานประจำปีจาก 58 เมกะวัตต์-ชั่วโมง เป็น 34.8 เมกะวัตต์-ชั่วโมง การคืนทุนภายใน 15 เดือน ทำให้สามารถลงทุนปรับปรุงระบบเก่า 6 ระบบ โดยติดตั้งโมดูเลเตอร์ความถี่แบบปรับได้
ผู้ผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ใช้เลเซอร์ UV สามารถลดต้นทุนพลังงานต่อหน่วยได้ 18% โดยการใช้โหมดความเร็จแบบปรับเปลี่ยนได้:
ในทางกลับกัน ภาคอิเล็กทรอนิกส์รายงานว่าประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น 31% โดยการรวมการตั้งค่าความเร็วล่วงหน้ากับเซ็นเซอร์วัดภาระความร้อน ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการโอเวอร์ฮีตระหว่างการสลักบนแผงวงจร (PCB) พร้อมทั้งรักษาอัตราการผลิตไว้ที่ 1,200 แผง/ชั่วโมง (รายงานการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ 2023)
เทคโนโลยีเลเซอร์ในการสลักมีความแตกต่างอย่างมากในแง่ของประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เลเซอร์ CO2 มีประสิทธิภาพต่ำที่สุด โดยใช้พลังงาน 7–15 กิโลวัตต์ โดยมีเพียง 10–20% ของพลังงานขาเข้าที่ถูกแปลงเป็นพลังงานขาออกที่ใช้งานได้ (Heatsign 2023) เลเซอร์ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเทคโนโลยีอื่นๆ โดยสามารถแปลงพลังงานได้ 40–50% ที่ระดับ 2–4 กิโลวัตต์ เลเซอร์ UV แม้จะจำเป็นสำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำ แต่ต้องใช้พลังงานมากกว่าระบบไฟเบอร์ 15–30% สำหรับการใช้งานที่ละเอียดอ่อน เช่น การสลักบนอุปกรณ์ทางการแพทย์
| มาตรฐาน | เลเซอร์ CO2 | เลเซอร์ไฟเบอร์ | เลเซอร์ UV |
|-----------------------|-----------------|-----------------|------------------|
| ค่าพลังงานเฉลี่ยที่ใช้ | 7-15 กิโลวัตต์ | 2-4 กิโลวัตต์ | 3-5 กิโลวัตต์ |
| การแปลงพลังงาน | 10-20% | 40-50% | 25-35% |
| ความต้องการในการระบายความร้อน | แบบแอคทีฟ (สูง) | แบบพาสซีฟ | แบบแอคทีฟ (ปานกลาง) |
เลเซอร์ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพสูงกว่าด้วยข้อได้เปรียบหลักสามประการ:
จากงานวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเลเซอร์ไฟเบอร์ ระบบนี้มีค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานต่ำกว่าเลเซอร์ CO2 ถึง 40% ในการผลิตแบบต่อเนื่อง การปั๊มด้วยไดโอดโดยตรงช่วยกำจัดความจำเป็นในการเติมก๊าซ ลดการสูญเสียพลังงานขณะไม่ได้ใช้งานลง 60–70% ในการทำงานแบบ Batch
เลเซอร์ยูวี (355 นาโนเมตร) มีการใช้พลังงานมากกว่าเลเซอร์ไฟเบอร์ 18–22% ขณะทำการมาร์คพอลิเมอร์และเซมิคอนดักเตอร์ที่ไวต่อความร้อน ซึ่งเกิดจากกระบวนการเพิ่มความถี่สามเท่าที่ใช้พลังงานสูง และความต้องการในการระบายความร้อนอย่างต่อเนื่องของชิ้นส่วนออปติก แม้ว่าจะมีความสำคัญในอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (รายละเอียด <15 ไมครอน) แต่ระบบ UV โดยเฉลี่ยมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ำกว่า 35% เมื่อเทียบกับเกณฑ์อุตสาหกรรม (รายงานการประมวลผลวัสดุด้วยเลเซอร์ 2024)
การเพิ่มความเร็วในการทำงานมักจะทำให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น 15–35% (วารสารการแปรรูปวัสดุ 2023) สำหรับเลเซอร์ CO2 การทำงานที่ความเร็ว 80% จะลดปริมาณการผลิตต่อวันลง 12% แต่สามารถลดการใช้พลังงานไฟฟ้าได้ 22 kWh ในการทำงานแบบต่อเนื่อง ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและความเร็วนั้นแตกต่างกันไปตามเทคโนโลยี:
| ประเภทเลเซอร์ | ความเร็วเพิ่มขึ้น | ผลกระทบด้านพลังงาน |
|---|---|---|
| เส้นใย | +25% | +18% |
| CO₂ | +20% | +30% |
| Uv | +15% | +24% |
คอนโทรลเลอร์รุ่นใหม่ใช้ระบบตอบกลับแบบเรียลไทม์เพื่อตรวจจับความแข็งของวัสดุ โดยจะปรับลดความเร็วลง 40–60% โดยอัตโนมัติเมื่อทำการแกะสลักเหล็กที่ผ่านการบำบัดเทียบกับอลูมิเนียม สิ่งนี้ช่วยป้องกันการใช้พลังงานมากเกินความจำเป็นซึ่งเป็นสาเหตุหลักของขยะพลังงาน เนื่องจากการตั้งค่าความเร็วคงที่ในอดีตทำให้เกิดความไม่ประหยัดพลังงานถึง 30% บนสายการผลิตที่ใช้วัสดุหลายชนิด
แม้จะดูแปลกไปสักหน่อย แต่บางโรงงานผลิตรถยนต์กลับใช้พลังงานมากขึ้นถึง 18 เปอร์เซ็นต์เมื่อเปิดระบบ UV ให้ทำงานที่ความเร็วสูงสุด เมื่อเทียบกับโรงงานที่ดำเนินการที่ประมาณ 85% ของกำลังการผลิต ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? เนื่องจากกระบวนการที่ทำงานด้วยความเร็วสูงนี้จำเป็นต้องมีการปรับอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง และเผชิญกับการกระตุ้นของพลังงานไฟฟ้าเพื่อรักษาความแม่นยำในระดับสูงสุดเหล่านั้น ข้อมูลอุตสาหกรรมจริงจากปีที่แล้วยังเผยให้เห็นสิ่งที่น่าสนใจอีกด้วย เมื่อผู้ผลิตรายใหญ่รายหนึ่งเปลี่ยนกลับมาใช้ความเร็วที่พวกเขาเรียกว่า "อุดมคติ" แทนความเร็วสูงสุดสำหรับการทำเครื่องหมายชิ้นส่วนอากาศยาน พวกเขาสามารถประหยัดพลังงานได้ปีละประมาณ 740 ล้านวัตต์-ชั่วโมง ประสิทธิภาพในระดับนี้มีความแตกต่างอย่างแท้จริงเมื่อเวลาผ่านไป
เครือข่ายประสาทเทียมสามารถทำนายรูปแบบพลังงานได้ล่วงหน้า 0.8 วินาทีก่อนการใช้งานเลเซอร์ โดยปรับความถี่ของพัลส์และจุดโฟกัสลำแสงให้คงประสิทธิภาพไว้ภายในช่วงร้อยละ 5 ในระหว่างการเปลี่ยนความเร็ว ผู้ใช้ในระยะแรกพบว่าเกิดการกระตุ้นของพลังงานลดลงถึงร้อยละ 27 ขณะประมวลผลเป็นรอบต่างๆ เมื่อเทียบกับ PLC แบบดั้งเดิม
การเปลี่ยนไปใช้การดำเนินการด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ (pulsed laser) ช่วยลดการใช้พลังงานลงได้ระหว่าง 22 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการใช้งานเลเซอร์แบบต่อเนื่องในการทำงานที่ต้องมีการหยุดเริ่มเป็นช่วงๆ ตามรายงานวิจัยที่เผยแพร่ในวารสาร Laser Tech Journal เมื่อปีที่แล้ว แนวคิดหลักที่นี่เข้าใจได้ไม่ยาก – เปิดพลังงานเลเซอร์เฉพาะเวลาที่ต้องการทำเครื่องหมายแทนที่จะปล่อยให้เครื่องทำงานแบบไม่ได้ใช้งานแต่ยังคงกินไฟฟ้าตลอดทั้งวัน ข้อมูลล่าสุดจากปี 2024 แสดงให้เห็นว่าบริษัทที่ผลิตชิ้นส่วนสำหรับเครื่องบินสามารถประหยัดค่าพลังงานรายปีได้ประมาณ 28 เปอร์เซ็นต์หลังจากเริ่มใช้โหมดพัลส์นี้โดยเฉพาะสำหรับสลักหมายเลขประจำตัวบนชิ้นส่วนไทเทเนียม ซึ่งก็สมเหตุสมผลดีเมื่อได้คิดพิจารณา เพราะไทเทเนียมเองก็ต้องการสภาพแวดล้อมในการแปรรูปที่เข้มข้นอยู่แล้ว
วงจรรีเจนเนอเรทสามารถกู้คืนพลังงานที่ไม่ได้ใช้ประโยชน์ได้สูงสุดถึง 18% ในช่วงเวลาพัลส์ สำหรับระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ความเร็วสูง พลังงานที่ได้จะถูกส่งต่อไปยังระบบเสริมต่าง ๆ เช่น หน่วยทำความเย็น หรือมอเตอร์ตำแหน่ง ผลการทดสอบภาคสนามแสดงให้เห็นว่าวงจรเหล่านี้สามารถประหยัดพลังงานได้ 9.7 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อวัน ในการดำเนินงานตลอด 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์ โดยไม่กระทบต่อความเร็วหรือคุณภาพ
ระบบเลเซอร์ในปัจจุบันสามารถประหยัดค่าไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 15 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากสามารถปรับความเร็วขณะทำงานผลิตเป็นล็อต ๆ หลักการสำคัญอยู่ที่สิ่งที่เรียกว่าการปรับความถี่ของพัลส์ (pulse frequency modulation) ซึ่งสามารถลดการสูญเสียพลังงานลงได้ประมาณ 22% ตามรายงานวิจัยบางส่วน (สถาบันโพนีแมน, 2023) เมื่อเลเซอร์เหล่านี้สลับระหว่างโหมดแกะสลักความเร็วสูงกับโหมดพักที่ช้าลง พวกมันจะไม่ใช้ไฟฟ้าโดยเปล่าประโยชน์เหมือนที่ผ่านมา ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจนคือบริษัทผู้ผลิตชิปแห่งหนึ่งที่สามารถลดค่าไฟฟ้ารายปีได้ถึงเกือบ 18,000 ดอลลาร์ หลังติดตั้งระบบควบคุมความเร็จอัจฉริยะ ระบบใหม่นี้ทำให้แน่ใจว่าเลเซอร์จะทำงานก็ต่อเมื่อจำเป็นเท่านั้น โดยสอดคล้องกับจังหวะการผลิตบนสายพานโดยสมบูรณ์
| เมตริก | ระบบเลเซอร์ UV A | ระบบเลเซอร์ UV B |
|---|---|---|
| ค่าพลังงาน/เดือน | $1,240 | $980 |
| ความเร็วในการทำเครื่องหมาย | 120 หน่วย/นาที | 90 หน่วย/นาที |
| ผลประหยัดสุทธิรายปี | -$2,880* | +$5,210 |
*การประหยัดเชิงลบเนื่องจากประสิทธิภาพลดลง 18% มากกว่าการลดการใช้พลังงาน 21%
สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใด 73% ของโรงงานจึงจำกัดการลดความเร็วไว้ไม่เกิน 20% - เพื่อสร้างสมดุลระหว่างผลิตภาพกับการประหยัดพลังงานที่เป็นรูปธรรม
ประมาณ 58 เปอร์เซ็นต์ของผู้จัดจำหน่ายอ้างว่าเครื่องจักรของพวกเขามีคุณสมบัติในโหมดประหยัดพลังงานที่เรียกกันว่า eco-mode แต่การทดสอบจากแหล่งอิสระกลับแสดงผลที่แตกต่างออกไป ประมาณ 41% ที่แท้จริงแล้วปิดใช้งานโหมดดังกล่าวเมื่อเครื่องเริ่มทำงาน เนื่องจากต้องการผลผลิตสูงสุด ที่นี่จึงมีความขัดแย้งอย่างชัดเจนระหว่างการดำเนินงานให้ได้ผลงานรวดเร็วกับการเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม บริษัท Yamazaki Mazak ได้พัฒนาเทคโนโลยีอันชาญฉลาด โดยที่เลเซอร์เส้นใยของพวกเขาสามารถปรับการใช้พลังงานตามความต้องการที่จำเป็นในแต่ละช่วงเวลา ผลลัพธ์ที่ได้คือ เครื่องจักรสามารถประหยัดพลังงานได้ประมาณ 19% และยังคงสามารถทำงานให้เสร็จภายในรอบเวลาที่เร็วขึ้นประมาณ 4% เมื่อเทียบกับช่วงก่อนหน้า ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าการรักษาสิ่งแวดล้อมนั้นไม่จำเป็นต้องแลกมาด้วยความเร็วแต่อย่างใด
ความเร็วมีผลต่อการใช้พลังงาน เนื่องจากความเร็วที่สูงขึ้นสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ แต่การลดความเร็วสำหรับงานเฉพาะ เช่น การสลักลึก อาจทำให้การใช้พลังงานสูงขึ้น เนื่องจากเลเซอร์ทำงานเป็นเวลานานขึ้น
เทคโนโลยี เช่น การปรับระดับพลังงานแบบปรับตัวได้ (adaptive power scaling) การปรับความเร็วแบบไดนามิก (dynamic speed modulation) และโหมดพัลส์ (burst mode) สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน โดยปรับระดับพลังงานและความเร็วตามความต้องการแบบเรียลไทม์
เลเซอร์ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ดีกว่า (40-50%) เนื่องจากโครงสร้างแบบ solid-state การปรับความยาวคลื่นให้เหมาะสม และการปรับพัลส์ที่มีประสิทธิภาพ
ตัวควบคุมที่ขับเคลื่อนด้วย AI ใช้การวิเคราะห์เชิงพยากรณ์เพื่อปรับความถี่ของพัลส์และโฟกัสลำแสง ช่วยลดการใช้พลังงานแบบพีค และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานแบบเรียลไทม์
