Лазерные граверы: от теории к практике

При выборе оборудования главная задача состоит в том, чтобы максимально четко определить цели использования этого вида оборудования. Следующий момент – анализ затрат: на что нужно обратить особенное внимание. И в конечном итоге купленное оборудование необходимо грамотно подключить и создать максимально комфортные условия для его работы.

Сделать выбор

Общее устройство лазерного оборудования включает пять основных систем:
- оптическая система (лазерный источник, высоковольтный блок питания, система зеркал, фокусирующая линза);
- трансмиссионная система (включает направляющие, трехфазовые шаговые двигатели/серводвигатели/линейные двигатели, приводной вал, зубчатые ремни и зубчатые колеса);
- система контроля (главная плата/блок ЧПУ, датчики положения двигателей, источники питания постоянного тока);
- механическая система (станина и корпус);
- система охлаждения (компрессор, система вентиляция и др.).

При общих равных данных начинка машины может меняться. Как показывает практика, различия в основных системах влияют на долговечность и надежность некоторых элементов и конструкции в целом. В процессе эксплуатации оборудования этот фактор немаловажен, и от того, насколько глобальный характер носят технологические изменения, настолько может различаться модельный ряд, усложняя тем самым принятие окончательного решения при выборе оборудования.

Прежде чем покупать оборудование, необходимо произвести оценку нескольких критериев: цену, надежность и мощность. Цена и надежность зависят, как правило, от бренда граверов, и чем надежнее оборудование, тем они выше.

А вот на мощность граверов стоит обратить внимание в первую очередь. Она может составлять от 25 до 150 Вт, а иногда и выше. Так, при выборе необходимо рассмотреть все минусы и плюсы гравера нужной мощности. К примеру, если оборудование планируется использовать для гравировки и резки материала небольших толщин, достаточно будет приобрести гравер мощностью 35 Вт. Но нужно понимать, что резать он сможет лишь материал толщиной 4–5 мм.

Если оборудование рассчитано на 35 Вт, то и излучатель должен иметь ту же мощность, так как каждой мощности соответствует свой излучатель. Существует возможность установки на оборудование трубок (излучателей), отличных от номинального показателя мощности. Если они отличаются в меньшую сторону, неизбежны потери в производительности. А установка трубки большей мощности, чем та, на которую рассчитан гравер, по оценкам специалистов, – просто пустая трата средств. И мнение, что недостаточную мощность оборудования можно компенсировать установкой трубки большей мощности, ошибочно.

Остановимся также на различиях в системах оптической и охлаждения.

В чем фокус

Одно из принципиально важных условий использования лазерного излучения – необходимость его фокусировки для получения более мощного излучения. Ограничения по обрабатываемой толщине материалов обусловливаются как характеристиками самого лазерного оборудования (мощность), так и фокусировкой лазерного луча. Если с мощностью все ясно (чем она выше, тем шире возможности обработки большой толщины), то о фокусировке стоит поговорить подробнее.

Фокусировка светового потока позволяет концентрировать мощность лазерного излучения. Необходимый для этого инструмент – оптическая линза, от фокального расстояния которой зависит толщина обрабатываемого материала. Линза играет роль своеобразного концентратора света. Чем больше диаметр фокуса и выше мощность лазерного излучения (эти параметры, как правило, пропорциональны), тем более «толстый» материал можно обрабатывать. Например, при мощности 80 Вт и линзе с фокусным расстоянием 75-100 возможно обработать материал толще 15 мм.

Следующий элемент оптической системы – отражающие зеркала, служащие для управления лазерным лучом. В современной лазерной технологии существуют две их модификации: стационарная и отклоняющаяся.

Стационарная система по производительности уступает отклоняющейся в 6,5 раза. Так, максимальная скорость гравировки в системе со стационарным расположением зеркал составляет 1066 мм/с, тогда как система с отклоняющими зеркалами способна обрабатывать материал со скоростью 7000 мм/с. Хотя сравнивать их без оговорок некорректно – каждая служит для своей цели.

Однако лазерные граверы с системой отклоняющихся зеркал обычно отличаются меньшими размерами рабочего стола. В случае со стационарными зеркалами рабочий стол может иметь габариты до 2000х1600 мм, а с системой отклоняющихся зеркал – лишь 200х200 мм (для YAG) и 300х300 мм (для СО2). Некоторые производители решают эту проблему, делая стол подвижным. Таким образом, перемещаются не только зеркала, но и сам стол, размер которого может превышать зону охвата зеркал.

Отметим, что стационарная система зеркал применяется в СО2-лазерах, а система отклоняющихся зеркал используется в основном на твердотельных YAG-лазерах. Применение системы отклоняющихся зеркал в СО2-лазерах происходит очень редко, и только для специфических работ.

С холодной головой

Еще одним отличием лазерно-гравировальных станков друг от друга является система охлаждения граверов, которая может быть воздушной, водяной замкнутой или водяной не замкнутой.

Воздушное охлаждение представлено несколькими вентиляторами, включающимися в процессе эксплуатации граверов. Охлаждающим веществом служит воздух – система проста в своей конструкции и не требует дополнительного оборудования.

Водяное охлаждение замкнутого типа представляет собой водяную рубашку, проходящую по нагревающимся узлам. Система включает емкость для охлаждающей жидкости (дистиллированной воды), насос для циркуляции жидкости по системе и охлаждающий радиатор (принцип автомобильной системы охлаждения). Требует периодической (не реже одного раза в месяц) смены жидкости.

Система водяного охлаждения не замкнутого типа (проточная) применяется на лазерах промышленного назначения. Она представляет собой ту же водяную рубашку, проходящую через основные агрегаты, насос для циркуляции, но вместо емкости и радиатора здесь используется контур, проходящий через центральную систему водоснабжения. После охлаждения агрегатов отработанная жидкость поступает в канализацию, а в систему постоянно поступает новая партия воды. Минусами системы являются неудобство в поиске помещений с центральным водоснабжением и дополнительные затраты при эксплуатации.

Оценим уровень вложений

Разобравшись с основными функциональными отличиями, перейдем к оценке суммарных вложений, требующихся при открытии данного направления. При этом необходимо учитывать не только цену самого станка, но и работ по его обслуживанию, а также стоимость расходных материалов.

Предлагаемые на рынке лазерные граверы во многом различаются по комплектации и функциональным возможностям. Комплектация лазерного гравера зависит от целей его использования, специфики производимых на нем работ.

Так, например, для гравировки и резки средних и толстых материалов необходим линейный стол со специальным покрытием, который не отражает лазерный луч, и, следовательно, не оставляет следов на материале (особенно толстом) при порезке.
Для обработки таких материалов, как бумага и ткань, удобно использовать ячеистый стол. Но на ячеистом столе, из-за отражения лазерного луча от ячеек, неудобно резать толстый материал (от 3 мм).

При работе лазерного станка невозможно обойтись без вытяжной системы, которая обеспечивает вытяжку продуктов горения из рабочей зоны лазера. Самый простой и эффективный вариант - «улитка», более дорогостоящий вариант – угольная вытяжная система, которая не только поглощает продукты горения, но и исключает появление запаха.

Также необходим компрессор, который предназначен для предотвращения возгорания материала, а также загрязнения и перегрева линзы (не дает дыму и копоти осесть на ней). Также он улучшает качество гравировки и резки при некоторых режимах работы.

Для гравировки материалов цилиндрической формы (кружки, бутылки) необходимо наличие приспособления для их вращения (поворотный стол).

Система автофокусировки автоматически устанавливает лазерную голову в положение, при котором маркируемая поверхность изделия находится в фокальной плоскости. Можно обойтись и без нее, если такая функция не предусмотрена в программном обеспечении. В таком случае фокусное расстояние выставляется с помощью линейки, либо «шайбы» (кусочек пластика или др. материала) соответствующей толщины.

По поводу элементов, зачисленных в разряд расходных материалов, необходимо отметить, что линзы и зеркала со временем заменяют, поскольку они мутнеют. Лазерные источники (лазерные трубки) также относятся к расходным материалам, поскольку срок их эксплуатации ограничен. К примеру, продолжительности срока службы стеклянной лазерной трубки примерно 3000 часов, металлической – в 3-5 раз дольше. Но справедливости ради необходимо сказать, что и стоимость этих лазерных трубок отличается в 5-10 раз.

Качество резки материала одинаково и для стеклянной и для металлической трубки. Если говорить о гравировке, то стеклянная лазерная трубка может обеспечить хорошее и отличное качество. Для выполнения работ с высочайшим качеством (например, гербовые печати предприятий), однозначно необходима металлическая лазерная трубка.

Что касается работ по заправке трубок, то стеклянные трубки обычно не заправляют, а просто меняют на новые, металлические же гораздо выгоднее заправлять. В то же время европейские и американские стеклянные лазерные источники рассчитаны на перезаправку.

Сопло для резки в процессе работы забивается нагаром, и его чистят или меняют по мере необходимости.

Жизнь после покупки

Приобретение нового оборудования всегда сопряжено с рядом эмоциональных моментов. Его долго выбирают, долго покупают, и вот когда, наконец, оно появляется в офисе компании, с ним нужно что-то делать.

Главное здесь – не навредить.

Если говорить об установке оборудования, то для корректного его подключения необходимо следовать рекомендациям завода изготовителя и поставщика лазерных граверов. Во избежание проблем при инсталляции, поставщики, обычно бесплатно, направляют инженера сервисного центра для проведения пуско-наладочных работ, поскольку этот процесс имеет некоторые нюансы, которые в инструкции могут быть не описаны. Например, следует обращать внимание на то, что после подключения к электропитанию нужно провести пробный запуск, и только после этого приступать к юстировке системы зеркал. Далее подключить к управляющему компьютеру, установить программное обеспечение и снова сделать несколько пробных образцов на разных видах материалов.

Не стоит забывать, что лазерные граверы – современные высокотехнологичные устройства, весьма опасные для здоровья человека. При работе с ними необходимо соблюдать технику безопасности.

Чтобы предупредить получение травм, достаточно соблюдать простые правила:

• перед работой убедиться, что лазерный луч находится в отключенном состоянии (отследить это можно визуально на дисплее системы управления);
• проверить, нет ли в рабочей зоне «отражения лазерного луча» посторонних предметов, а при обнаружении – убрать их;
• для сохранения здоровья следует включать систему вытяжки для удаления продуктов горения из рабочей зоны;
• для лучшей функциональности системы вытяжки рекомендуется при работе закрывать переднюю крышку лазерного гравера;
• для предотвращения загрязнения фокусирующей линзы перед началом работы необходимо убедиться, что компрессор включен и система удаления копоти из носика функционирует исправно;
• во время эксплуатации оборудования нужно следить за состоянием лазерной трубки, зеркал и линз. Вовремя очищать эти элементы от пыли и копоти. В противном случае линза может лопнуть, зеркало – помутнеть (вызвав необходимость его замены на новое), а луч лазера существенно потеряет свою мощность и уже не сможет резать толстые материалы.

Следуя этим нехитрым правилам, можно значительно снизить потери времени, энерго- и финансовые затраты в процессе введения нового направления бизнеса в структуру предоставляемых Вами услуг.

Испаряя лишнее

Технология лазерной гравировки основана на удалении поверхностных слоев либо изменении их цвета или структуры в результате лазерного излучения. В месте воздействия луча на поверхность изделия происходит испарение небольшой части материала. Благодаря высокой точности лазерного гравирования можно наносить достаточно сложные изображения.

Для управления лазерным оборудованием необходим обычный компьютер. В любом стандартном редакторе векторной или растровой графики Вы готовите изображение. После чего импортируете изображение в программное обеспечение лазера. Настраиваете необходимые параметры (скорость, мощность, режим работы и т.д.) и нажимаете кнопку «Пуск». Все достаточно просто. Процесс лазерной гравировки и резки на современном оборудовании по простоте сравним с печатью с Вашего компьютера на обычном принтере. Отсканированные картинки, фото, клипарты, CAD- чертежи, и многое другое могут использоваться для "печати" лазером.