เครื่องตัดวอเตอร์เจ็ท CNC (CNC Waterjet Cutter) เป็นเครื่องมือตัดอัตโนมัติที่ใช้หลักการ การกัดเซาะทางกล (Mechanical Erosion) โดยการฉีดลำน้ำที่มีแรงดันสูงมาก (และมักจะผสมสารขัดถู) เพื่อตัดผ่านวัสดุได้เกือบทุกชนิดอย่างแม่นยำ โดยเป็น กระบวนการตัดแบบไม่ใช้ความร้อน (Cold Cutting)
1. หลักการทำงานพื้นฐาน
การทำงานของเครื่องวอเตอร์เจ็ทอาศัยการแปลงแรงดันน้ำให้เป็นความเร็วสูงมากเพื่อใช้ในการตัด ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนหลัก ดังนี้
1.1 การสร้างแรงดันสูงพิเศษ (Ultra High-Pressure Generation)
ปั๊มแรงดันสูง (High-Pressure Pump หรือ Intensifier Pump): เป็นหัวใจสำคัญของระบบ โดยจะรับน้ำประปาธรรมดาที่ผ่านการกรองแล้ว และอัดแรงดันให้สูงขึ้นอย่างมหาศาล ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 60,000 ถึง 94,000 PSI (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) หรือประมาณ 4,000 ถึง 6,480 บาร์
1.2 การแปลงแรงดันเป็นความเร็ว (Pressure to Velocity Conversion)
หัวฉีด (Orifice): น้ำแรงดันสูงจะถูกส่งผ่านท่อโลหะไปยังหัวตัด เมื่อน้ำถูกบีบให้ผ่านรูเล็ก ๆ ที่เรียกว่า "ออริฟิซ" (มักทำจากเพชรหรือแซฟไฟร์) ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าเส้นผมมนุษย์มาก กฎทางฟิสิกส์จะแปลงแรงดันน้ำให้กลายเป็น ลำน้ำ (Water Jet) ที่มีความเร็วสูงเหนือเสียง (สูงกว่า 2,500 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือประมาณ 3-4 เท่าของความเร็วเสียง)
1.3 กลไกการตัด (Cutting Mechanism)
การตัดด้วยวอเตอร์เจ็ทแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ขึ้นอยู่กับวัสดุ:
การตัดด้วยน้ำบริสุทธิ์ (Pure Waterjet Cutting): ใช้สำหรับตัดวัสดุที่อ่อนนุ่ม เช่น ยาง, โฟม, พลาสติก, ไม้ หรืออาหาร ลำน้ำความเร็วสูงจะตัดวัสดุด้วยแรงอัดที่เกิดขึ้นเมื่อกระทบกับพื้นผิว
การตัดด้วยสารขัดถู (Abrasive Waterjet Cutting): ใช้สำหรับตัดวัสดุที่แข็ง เช่น โลหะ (เหล็ก, สแตนเลส, อะลูมิเนียม), หิน, กระจก, หรือเซรามิก
ในห้องผสมของหัวตัด (Mixing Chamber) จะมีการดูด สารขัดถู (Abrasive) เช่น โกเมน (Garnet) ซึ่งเป็นทรายธรรมชาติ เข้าไปผสมกับลำน้ำบริสุทธิ์ผ่านหลักการสุญญากาศ (Venturi effect)
ลำน้ำที่ผสมสารขัดถูจะถูกเร่งความเร็ว และพุ่งออกจากท่อโฟกัส (Focusing Tube) กลายเป็น "กระดาษทรายเหลว" ความเร็วสูง ที่ทำหน้าที่ กัดเซาะ (Erode) หรือเจียรวัสดุออกไปทีละน้อยในระดับจุลภาค
2. บทบาทของระบบ CNC
ระบบ CNC (Computer Numerical Control) มีความสำคัญอย่างยิ่งในการควบคุมกระบวนการทั้งหมดให้ได้ชิ้นงานที่แม่นยำและซับซ้อน:
การโปรแกรม (Programming): ผู้ใช้ป้อนแบบ 2D หรือ 3D ที่สร้างจากโปรแกรม CAD เข้าสู่ระบบ CNC
การควบคุมการเคลื่อนที่ (Motion Control): ซอฟต์แวร์ CNC จะแปลงแบบให้เป็นชุดคำสั่ง (G-code) เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวตัดในแนวแกน X และ Y (และแกน Z หรือแกนหมุนอื่น ๆ สำหรับเครื่อง 3-5 แกน) ให้ตัดไปตามแนวเส้นที่ต้องการ
การจัดการพารามิเตอร์ (Parameter Management): ระบบ CNC จะควบคุมการเปิด/ปิดวาล์วน้ำ, การปรับแรงดัน, และอัตราการป้อนสารขัดถู เพื่อให้เหมาะสมกับประเภทและความหนาของวัสดุ ซึ่งส่งผลต่อความเร็วในการตัดและคุณภาพของขอบชิ้นงาน
ข้อดีหลักของ Waterjet CNC
ไม่เกิดความร้อน: เนื่องจากเป็นกระบวนการตัดแบบเย็น จึงไม่มีการบิดเบี้ยวของวัสดุ (Thermal Distortion) หรือเกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ)
ความหลากหลายของวัสดุ: สามารถตัดวัสดุได้เกือบทุกชนิด ตั้งแต่วัสดุอ่อนไปจนถึงวัสดุแข็งมาก
ความแม่นยำสูง: สามารถตัดรูปทรงที่ซับซ้อนด้วยความแม่นยำสูง และมีรอยตัด (Kerf) ที่แคบมาก ช่วยลดการสิ้นเปลืองวัสดุ
