การศึกษาผลกระทบของพารามิเตอร์การตัดด้วยเลเซอร์ CO2 ต่อความกว้างรอยตัดบนวัสดุ PMMA โดยการออกแบบการทดลองแบบ Box-Behnken Design ร่วมกับวิธีพื้นผิวตอบสนอง

วีระพล  ทับทิมดี; ปริวรรต นาสวาสดิ์; ประเวช เชื้อวงษ์

ผู้แต่ง

วีระพล ทับทิมดี สาขาวิชาวิศวกรรมการผลิตอัตโนมัติ คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏราชนครินทร์
ปริวรรต นาสวาสดิ์ สาขาวิชาวิศวกรรมโลจิสติกส์และกระบวนการ คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏราชนครินทร์
ประเวช เชื้อวงษ์ สาขาวิชาวิศวกรรมโลจิสติกส์และกระบวนการ คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏราชนครินทร์

คำสำคัญ:

เลเซอร์ชนิดคาร์บอนไดออกไซด์ , การตัดวัสดุ PMMA , ความกว้างรอยตัด

บทคัดย่อ

การตัดวัสดุด้วยเลเซอร์ CO₂ เป็นกระบวนการตัดที่ได้รับความนิยมกันอย่างแพร่หลายในการประยุกต์ใช้กับวัสดุพอลิเมอร์ เนื่องจากกระบวนการดังกล่าวให้ความแม่นยำและมีความยืดหยุ่นสูง อย่างไรก็ตามความแตกต่างของความกว้างรอยตัดทั้งด้านบนและด้านล่างยังคงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพชิ้นงาน งานวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาถึงผลกระทบของกำลังเลเซอร์ ความเร็วตัด และระยะโฟกัส ในการตัดวัสดุ PMMA ด้วยเลเซอร์ CO₂ ที่ส่งผลต่อความกว้างรอยตัดเพื่อให้ได้เงื่อนไขการตัดที่เหมาะสม งานวิจัยนี้ใช้การออกแบบการทดลองแบบ Box-Behnken Design (BBD) ร่วมกับวิธีพื้นผิวตอบสนอง และวิเคราะห์ผลด้วยวิธีการทางสถิติ ผลแสดงให้เห็นว่า กำลังเลเซอร์และความเร็วตัดเป็นปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลต่อขนาดความกว้างรอยตัด โดยความกว้างรอยตัดของ TK และ BK มีแนวโน้มลดลงเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น ขณะที่กำลังเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความกว้างรอยตัดของ TK และ BK เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ระยะโฟกัสที่ห่างจากชิ้นงานมากเกินไป ส่งผลให้ความกว้างรอยตัดของ TK และ BK มีค่ามากขึ้น ผลจากการวิเคราะห์แบบจำลองพื้นผิวตอบสนอง ชี้ให้เห็นถึงปฏิสัมพันธ์ที่เด่นชัดระหว่างกำลังเลเซอร์และความเร็วตัด ซึ่งส่งผลต่อความกว้างรอยตัดอย่างชัดเจนผลของงานวิจัยนี้สามารถนำไปใช้เป็นแนวทางในการเลือกค่าพารามิเตอร์การตัดที่เหมาะสมเพื่อยกระดับคุณภาพการตัดชิ้นงาน PMMA และประยุกต์ใช้ได้ในระดับอุตสาหกรรมต่อไปในอนาคต

เอกสารอ้างอิง

[1] Sudarsono et al., “Design and fabrication of optical waveguide as directional coupler using CO₂ laser cutting on acrylic substrate,” in Journal of Physics: Conference Series, Institute of Physics Publishing, vol. 1153, 2019, pp. 1–6.

[2] R. N. Hwayyin and A. S. Hammood, “Improving the properties of acrylic by creating crack using laser beam,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Institute of Physics Publishing, vol. 579, 2019, pp. 1–10.

[3] J. D. Kechagias et al., “A generalised approach on kerf geometry prediction during CO₂ laser cut of PMMA thin plates using neural networks,” Lasers in Manufacturing and Materials Processing, vol. 8, pp. 372–393, 2021.

[4] A. H. Elsheikh, W. Deng, and E. A. Showaib, “Improving laser cutting quality of polymethyl methacrylate sheet: Experimental investigation and optimization,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 9, no. 2, pp. 1325–1339, 2020.

[5] R. T. Mushtaq et al., “State-of-the-art and trends in CO₂ laser cutting of polymeric materials—A review,” Materials, vol. 13, pp. 1–23, 2020.

[6] P. Khatak et al., “Laser cutting technique: A literature review,” in Materials Today: Proceedings, 2022, pp. 2484–2489.

[7] S. S. Wangikar et al., “Parametric influence study for laser cutting on acrylic,” in Proceedings of the National Conference on Relevance of Engineering and Science for Environment and Society, AIJR Publisher, 2021, pp. 104–107.

[8] M. Hashemzadeh and M. Mohammadi, “The effect of power and maximum cutting speed on the material removal rate and cutting volume efficiency in CO₂ laser cutting of polycarbonate sheets,” Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production, vol. 9, no. 1, pp. 5–23, 2020.

[9] A. M. Varsi and A. H. Shaikh, “Experimental and statistical study on kerf taper angle during CO₂ laser cutting of thermoplastic material,” Journal of Laser Applications, vol. 31, no. 3, 2019.

[10] S. Ürgün et al., “Optimization of laser cutting parameters for PMMA using metaheuristic algorithms,” Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 49, no. 9, pp. 12333–12355, 2024.

[11] K. Aydın and L. Uğur, “Prediction of kerf and groove widths in CO₂ laser cutting process of PMMA using experimental and machine learning methods,” Experimental Techniques, vol. 49, pp. 873–886, 2025.

[12] E. Vasileska, M. Pacher, and B. Previtali, “In-line monitoring of focus shift by kerf width detection with coaxial thermal imaging during laser cutting,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 118, no. 7, pp. 2587–2600, 2022.

[13] E. Vasileska et al., “Statistical analysis and machine learning-based modelling of kerf width in CO₂ laser cutting of PMMA,” Manufacturing Technology Engineering Science and Research Journal, vol. 24, no. 6, pp. 960–968, 2024.

[14] M. Safari, J. Joudaki, and M. Rezaei, “Investigation of laser cutting of thin polymethyl methacrylate sheets by response surface methodology,” International Journal of Engineering, Transactions A: Basics, vol. 37, no. 3, pp. 484–495, 2024.

[15] A. B. Khoshaim et al., “Experimental investigation on laser cutting of PMMA sheets: Effects of process factors on kerf characteristics,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 11, pp. 235–246, 2021.

[16] E. Kurt, U. E. Karaçay, and M. Tutar, “Investigation of the effect of process parameters in CO₂ laser cutting of PMMA material by response surface method,” Uludağ University Journal of the Faculty of Engineering, vol. 28, no. 2, pp. 523–536, 2023.

[17] W. Taptimdee, B. Meesa, and P. Chourwong, “Optimal value of factors affecting surface roughness and workpiece dimension on acrylic cutting with a CO₂ laser cutter machine using the Taguchi method,” Research on Modern Science and Utilizing Technological Innovation Journal, vol. 17, no. 2, pp. 1–16, 2024.

[18] M. Moradi et al., “Effect of the focal plane position on CO₂ laser beam cutting of injection molded polycarbonate sheets,” in Second International Seminar on Photonics, Optics, and Its Applications (ISPhOA 2016), SPIE, 2016, pp. 56–65.

[19] M. Moradi et al., “Capability enhancing of CO₂ laser cutting for PMMA sheet using statistical modeling and optimization,” Applied Sciences, vol. 13, no. 23, pp. 1–17, 2023.

[20] A. M. Alhawsawi et al., “Kerf characteristics during CO₂ laser cutting of polymeric materials: Experimental investigation and machine learning-based prediction,” Engineering Science and Technology, an International Journal, vol. 46, pp. 1–11, 2023.