Spis treści:
- 1 Grawerowanie laserem – przewodnik
- 2 Czym jest grawer laserowy?
- 3 Jak działa grawer laserowy?
- 4 W jakich materiałach można wykonać obróbkę laserową?
- 5 W jakich materiałach nie powinno się wykonywać obróbki laserowej?
- 6 Oprogramowanie projektowe i obsługiwane rozszerzenia plików cyfrowych do obróbki laserowej
- 7 Ustawienia podstawowe
- 8 Tworzenie pliku cyfrowego do obróbki laserowej
- 9 Obsługa sprzętowa obrabiarki laserowej
- 10 Przygotowanie obszaru roboczego do obróbki laserowej
- 11 Parametry procesu obróbki laserowej
- 12 Grawerowanie laserem – uwagi końcowe
Obok cięcia, skrawania i frezowania jedną z najpopularniejszych technik obróbki materiałowej jest grawerowanie laserowe.
Grawerowanie laserem – przewodnik
W tym artykule przedstawiono podstawowe zasady działania maszyn do grawerowania laserowego. Uwzględniono także tworzywa, które nadają się do laserowej obróbki materiałowej.
Czym jest grawer laserowy?
Technologia laserowa została opracowana w latach 60. XX wieku. Termin „laser” jest akronimem od „wzmocnienie światła przez stymulowaną emisję promieniowania” (ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Mówiąc prościej, laser to po prostu silnie skupione, wzmocnione światło, a z kolei wiązka laserowa powoduje miejscowe spalenie, stopienie lub odparowanie materiału.
Wycinarka laserowa to sterowana komputerowo maszyna, która wykorzystuje wiązkę lasera do precyzyjnego cięcia lub grawerowania materiału. Rodzaj materiału, który może być cięty, zależy od typu lasera i mocy konkretnej maszyny.
Istnieją różne rodzaje wycinarek laserowych – szczególnie popularne i najczęściej używane przez hobbystów i małe firmy są wycinarki oparte na laserach gazowych i laserach CO2. Inne typy to na przykład lasery światłowodowe lub kryształowe, które są wykorzystywane w zastosowaniach przemysłowych. Wycinarki laserowe CO2 umożliwiają cięcie i grawerowanie szerokiej gamy materiałów niemetalicznych, takich jak drewno, papier, akryl, tekstylia i skóra.
Jak działa grawer laserowy?
W wycinarkach laserowych CO2 wiązka lasera powstaje w rurze wypełnionej gazem CO2 (dwutlenkiem węgla). Następnie za pomocą luster i soczewek wiązka kierowana jest na głowicę lasera i skupiana na powierzchni materiału, na którym dokonywana jest obróbka. Elektronicznie sterowane silniki poruszają głowicą lasera, aby wyciąć lub wygrawerować żądany kształt w materiale przedmiotu obrabianego. Kształt jest definiowany przez plik wejściowy, który może być obrazem wektorowym lub rastrowym. Kiedy laser uderza w materiał, bardzo mały obszar jest podgrzewany w niezwykle krótkim czasie, powodując stopienie, spalenie lub odparowanie materiału.
Cięcie laserem
Kiedy wiązka lasera przechodzi przez cały materiał obrabianego przedmiotu, tworzy cięcie. Cięcie laserowe jest na ogół bardzo precyzyjne i czyste, chociaż wygląd przyciętych krawędzi zależy od obrabianego materiału. Na przykład krawędzie ciętego drewna są znacznie ciemniejsze niż drewno oryginalne, a krawędzie akrylu nie zmieniają koloru i mają ładne błyszczące wykończenie. Szczelina wykonana przez wycinarkę laserową jest bardzo mała, jej wielkość różni się w zależności od materiału i zależy również od konkretnych ustawień lasera. W przypadku wielu materiałów średnica szczeliny będzie wynosić od 0,05 mm (0,002″) do 0,5 mm (0,02″).
Grawerowanie laserem
Grawerowanie laserem polega na tym, że wiązka lasera usuwa części górnego materiału, ale nie przecina go na wylot.
Znakowanie laserem
Znakowanie ma miejsce wtedy, kiedy laser nie usuwa materiału, ale na przykład zmienia jego kolor. Znakowanie za pomocą wycinarek laserowych CO2 jest najczęściej używane podczas pracy z metalami i skórą. Specjalny roztwór do znakowania nakładany jest na powierzchnię przedmiotu obrabianego, po czym po wyschnięciu roztworu wykonuje się grawerowanie. Ciepło z lasera wiąże roztwór z metalem, tworząc na nim trwały ślad.
W jakich materiałach można wykonać obróbkę laserową?
Maszyny laserowe CO2 są w stanie ciąć i grawerować różne materiały. Maksymalna grubość, jaką może mieć obrabiany materiał, zależy od mocy i specyfikacji używanej maszyny. Typowe poziomy mocy wahają się od 30 W do 120 W – lasery o większej mocy są najczęściej używane w zastosowaniach przemysłowych, w produkcji wielkoseryjnej. Wśród materiałów, które nadają się do obróbki laserowej, znajdują się m.in. sklejka, balsa, płyty drewniane MDF, karton, korek, papier, skóra, polipropylen, polietylen, granit, szkło, ceramika, aluminium, stal nierdzewna, a także akryl.
W jakich materiałach nie powinno się wykonywać obróbki laserowej?
Istnieją materiały, których nigdy nie należy obrabiać laserem, ponieważ prowadzi to do powstania toksycznych gazów lub pyłów mogących również uszkodzić maszynę. Wśród nich znajdują się m.in.:
- sztuczna skóra z zawartością chromu (VI);
- włókna węglowe (węgiel);
- polichlorek winylu (PCV);
- butyral poliwinylu (PVB);
- teflon (PTFE);
- tlenek berylu;
- dowolny materiał zawierający halogeny (fluor, chlor, brom, jod i astat);
- żywice epoksydowe lub fenolowe.
Oprogramowanie projektowe i obsługiwane rozszerzenia plików cyfrowych do obróbki laserowej
Większość wycinarek laserowych CO2 działa bardzo podobnie do codziennej drukarki atramentowej. Wycinarka laserowa jest dostarczana z określonymi sterownikami – konwertują one obraz z komputera do formatu, który może odczytać urządzenie. Podczas pracy z wycinarkami laserowymi ważne jest, aby znać różnicę między obrazami wektorowymi a obrazami rastrowymi. Obydwa typy plików graficznych mogą być przetwarzane, ale obrazy rastrowe są używane tylko do grawerowania, a nie do cięcia. Obrazy rastrowe są oparte na pikselach, co oznacza, że składają się z wielu małych kwadratów, z kolei obraz wektorowy przechowuje wszystkie linie i kolory jako formuły matematyczne. Obrazy wektorowe można skalować w górę bez utraty jakości, podczas gdy obrazy rastrowe zaczynają się „pikselizować” przy pewnym powiększeniu.
Do obsługiwanych formatów grafiki wektorowej należą m.in. pliki PDF, DXF, EPS, SVG, DWG, CDR i AI, a w przypadku grafiki rastrowej pliki JPG, PNG i GIF. Natomiast jeśli chodzi o oprogramowanie do tworzenia projektów do późniejszej obróbki laserowej, w większości przypadków można korzystać z programów do projektowania dwuwymiarowego (np. Inkscape, CorelDRAW, Adobe Illustrator, AutoCAD), a także trójwymiarowego (np. TinkerCAD, Fusion 360, SolidWorks czy SketchUp). W zależności od warunków stawianych przez producenta oprogramowanie może być płatne lub darmowe.
Ustawienia podstawowe
Pierwszą rzeczą, którą należy wziąć pod uwagę, jest rozmiar materiału, jaki może pomieścić łóżko laserowe. To określa maksymalny rozmiar projektu, warto więc ustawić obszar roboczy na ten wymiar. Tryb koloru powinien być ustawiony na RGB. Różne kolory są zwykle używane do określania różnych procesów. Na przykład kolor czerwony może być wykorzystany do wszystkich wycinanych części, a czarny do grawerowania.
Tworzenie pliku cyfrowego do obróbki laserowej
Jak wyjaśniono wcześniej, podczas operacji cięcia laser emituje ciągłą wiązkę w kierunku materiału, aby go przeciąć. W tym celu maszyna laserowa potrzebuje ścieżki wektorowej jako pliku wejściowego.
Tylko grafika wektorowa o najmniejszej możliwej grubości linii (zależy to od używanego oprogramowania) będzie wycinana przez laser. Wszystkie inne grafiki, takie jak jednolite kształty lub grubsze linie, nie zostaną wycięte. Podczas wycinania tekstu lub innych skomplikowanych kształtów należy wziąć pod uwagę, że niepołączone środkowe części – takie jak wnętrze „O” – wypadną.
W zależności od pożądanego projektu można temu zapobiec – w przypadku tekstu możesz na przykład użyć czcionki szablonowej, w której wszystkie wewnętrzne części liter są połączone z częściami zewnętrznymi. Podczas grawerowania laserem można rozróżnić grawerowanie wektorowe i grawerowanie rastrowe. Grawerowanie wektorowe jest w zasadzie tym samym, co cięcie, z tą tylko różnicą, że przy grawerowaniu moc jest mniejsza, tak że laser tylko usuwa części materiału i go nie przecina. W przypadku grawerowania rastrowego plik wejściowy może być plikiem wektorowym lub obrazem rastrowym. Podczas grawerowania rastrowego obraz jest grawerowany laserem linia po linii, piksel po pikselu. Proces jest podobny do sposobu, w jaki drukarka atramentowa nakłada atrament, analogicznie materiał jest usuwany przez wiązkę lasera. Grawer sprawdza się zarówno w przypadku prostych kształtów, jak i złożonych obrazów, a zdjęcia muszą zostać zamienione na obrazy w skali szarości, aby można je było wygrawerować.
Obsługa sprzętowa obrabiarki laserowej
Kiedy masz już gotowy projekt, nadszedł czas na ostatni krok – cięcie laserem. Wycinarki laserowe to bardzo wydajne maszyny. Można z nich tworzyć wspaniałe rzeczy, ale są też potencjalnie niebezpieczne. Dlatego przed użyciem wycinarki laserowej zawsze należy przeczytać i zrozumieć wszystkie dołączone do niej instrukcje obsługi oraz zachować zasady bezpieczeństwa. Ponadto należy pamiętać, że długość fali lasera CO2 znajduje się w podczerwonej części widma światła, więc jest niewidoczna dla ludzkiego oka. Czerwona kropka, którą widać na powierzchni materiału, to tylko pomoc w pozycjonowaniu, a nie wiązka lasera, która faktycznie wykonuje cięcie.
Przygotowanie obszaru roboczego do obróbki laserowej
Przede wszystkim należy sprawdzić, czy materiał poddawany obróbce mieści się w obszarze roboczym wycinarki laserowej (w razie potrzeby trzeba go przyciąć na wymiar). Należy także wykonać kilka próbnych cięć lub grawerowań i mieć pod ręką odrobinę zapasowego materiału. Z dodatkowych narzędzi przydatne będą na pewno:
- nożyk do tapet – do cięcia materiałów, które nie zostały całkowicie przecięte przez wycinarkę laserową, lub do cięcia papieru i kartonu na odpowiedni wymiar;
- taśma malarska lub inna taśma maskująca – do maskowania powierzchni materiału, aby zapobiec powstawaniu przypalonych plam;
- przymiar liniowy lub suwmiarka – do pomiarów i upewnienia się, że ostateczne obiekty mają odpowiedni rozmiar.
Parametry procesu obróbki laserowej
Cztery najważniejsze ustawienia wycinarki laserowej to moc, prędkość, częstotliwość i odległość ogniskowania.
- Moc – określa moc wyjściową lasera. Zazwyczaj można ją ustawić od 0 do 100% (moc maksymalna). Wysoka moc jest używana do cięcia grubych materiałów, a mniejsza do grawerowania i cięcia cienkich materiałów, na przykład takich jak papier.
- Prędkość – określa prędkość ruchu głowicy laserowej. W przypadku grawerowania i cięcia cienkiego materiału prędkość jest zwykle ustawiana (blisko) na maksimum.
- Częstotliwość (Hz, PPI) – parametr częstotliwości określa liczbę impulsów laserowych na sekundę. Ustawiana częstotliwość zależy całkowicie od obrabianego materiału. Na przykład drewno tnie się najlepiej przy około 500-1000 Hz, a akryl od 5000 do 20000 Hz.
- Ostrość – wewnątrz głowicy laserowej znajduje się soczewka skupiająca. Punkt ogniskowania (gdzie wiązka lasera jest najcieńsza) w większości zastosowań powinien znajdować się na powierzchni materiału lub nieco poniżej niego. Aby to zapewnić, materiał musi znajdować się w pewnej odległości od soczewki. Dokładna odległość zależy od typu używanej soczewki skupiającej.
Grawerowanie laserem – uwagi końcowe
Wiele wycinarek laserowych ma zmotoryzowany stół roboczy, który można przesuwać w górę i w dół, aby ustawić odległość ogniskowania. Alternatywne położenie powierzchni materiału należy ustawić ręcznie. Teraz, mając podstawową wiedzę na temat dostępnych ustawień, możesz znaleźć odpowiednie parametry do tworzenia własnych projektów. Dobrym punktem wyjścia jest dokładne zapoznanie się z instrukcją obsługi wycinarki laserowej dołączonej przez producenta, gdzie często można znaleźć sugerowane ustawienia dla różnych materiałów. Jeśli pracujesz na współdzielonym laserze w obszarze tworzenia, zazwyczaj dostępne są listy z zalecanymi ustawieniami. Warto wykonać pierwsze cięcia testowe, aby znaleźć idealne ustawienia dla materiału poddawanego obróbce. Trzeba się liczyć z tym, że uzyskanie oczekiwanego rezultatu może zająć kilka prób. Przed każdym testem należy zmieniać tylko po jednym parametrze. Na przykład zacząć od mocy, testując różne wartości w krokach po 5-10%. Jeśli uzyskasz odpowiedni rezultat, warto na przyszłość zapisać ustawienia procesu grawerowania.
