Лазерні гравери: від теорії до практики

При виборі устаткування головне завдання у тому, щоб максимально чітко визначити цілі використання цього виду обладнання. Наступний момент - аналіз витрат: на що потрібно звернути особливу увагу. І зрештою куплене обладнання необхідно грамотно підключити та створити максимально комфортні умови для його роботи.

Зробити вибір

Загальний устрій лазерного обладнання включає п'ять основних систем:
- оптична система (лазерне джерело, високовольтний блок живлення, система дзеркал, лінза, що фокусує);
- трансмісійна система (включає напрямні, трифазові крокові двигуни/серводвигуни/лінійні двигуни, приводний вал, зубчасті ремені та зубчасті колеса);
- система контролю (головна плата/блок ЧПУ, датчики положення двигунів, джерела живлення постійного струму);
- механічна система (станина та корпус);
- Система охолодження (компресор, система вентиляція тощо.).

При загальних рівних даних начинка машини може змінюватися. Як показує практика, відмінності в основних системах впливають на довговічність й надійність деяких елементів та конструкції в цілому. У процесі експлуатації устаткування цей чинник важливий, і від того, наскільки глобальний характер мають технологічні зміни, настільки може відрізнятися модельний ряд, ускладнюючи тим самим прийняття остаточного рішення при виборі обладнання.

Перш ніж купувати обладнання, необхідно провести оцінку кількох критеріїв: ціну, надійність і потужність. Ціна та надійність залежать, як правило, від бренду граверів, і чим надійніше обладнання, тим вони вищі.

А ось на потужність граверів варто звернути увагу насамперед. Вона може становити від 25 до 150 Вт, інколи ж і вище. Так, при виборі необхідно розглянути всі мінуси та плюси гравера потрібної потужності. Наприклад, якщо обладнання планується використовувати для гравіювання та різання матеріалу невеликих товщин, достатньо буде придбати гравер потужністю 35 Вт. Але треба розуміти, що різати він зможе лише матеріал завтовшки 4-5 мм.

Якщо обладнання розраховане на 35 Вт, то випромінювач повинен мати ту ж потужність, так як кожній потужності відповідає свій випромінювач. Існує можливість встановлення на обладнання трубок (випромінювачів), відмінних від номінального показника потужності. Якщо вони відрізняються у менший бік, неминучі втрати у продуктивності. А установка трубки більшої потужності, ніж та, на яку розрахований гравер, за оцінками фахівців, – просто марнування коштів. І думка, що недостатню потужність обладнання можна компенсувати встановленням трубки більшої потужності помилкова.

Зупинімося також на відмінностях у оптичній системі та системі охолодження.

У чому фокус

Одна з принципово важливих умов використання лазерного випромінювання - необхідність його фокусування для більш потужного випромінювання. Обмеження з оброблюваної товщини матеріалів обумовлюються як характеристиками лазерного обладнання (потужність), так і фокусуванням лазерного променя. Якщо з потужністю все ясно (чим вона вища, то ширші можливості обробки великої товщини), то про фокусування варто поговорити докладніше.

Фокусування світлового потоку дозволяє концентрувати потужність лазерного випромінювання. Необхідний для цього інструмент оптична лінза, від фокальної відстані якої залежить товщина оброблюваного матеріалу. Лінза відіграє роль своєрідного концентратора світла. Чим більший діаметр фокусу і вище потужність лазерного випромінювання (ці параметри, як правило, пропорційні), тим товстіший матеріал можна обробляти. Наприклад, при потужності 80 Вт і лінзі з фокусною відстанню 75-100 можна обробити матеріал товстіший за 15 мм.

Наступний елемент оптичної системи - відбиваючі дзеркала, що керують лазерним променем. У сучасній лазерній технології існують дві їх модифікації: стаціонарна і яка відхиляється.

Стаціонарна система за продуктивністю поступається той, яка відхиляється в 6,5 рази. Так, максимальна швидкість гравіювання в системі зі стаціонарним розташуванням дзеркал становить 1066 мм/с, тоді як система з дзеркалами, що відхиляються, здатна обробляти матеріал зі швидкістю 7000 мм/с. Хоча порівнювати їх без застережень некоректно – кожна слугує для своєї мети.

Однак лазерні гравери з системою дзеркал, що відхиляються, зазвичай відрізняються меншими розмірами робочого столу. У випадку зі стаціонарними дзеркалами робочий стіл може мати габарити до 2000х1600 мм, а з системою дзеркал, що відхиляються - лише 200х200 мм (для YAG) і 300х300 мм (для СО2). Деякі виробники вирішують цю проблему, роблячи стіл рухливим. Таким чином, переміщуються не тільки дзеркала, а й сам стіл, розмір якого може перевищувати зону прохвата дзеркал.

Зазначимо, що стаціонарна система дзеркал застосовується в СО2-лазерах, а система дзеркал, що відхиляються, використовується в основному на твердотільних YAG-лазерах. Застосування системи дзеркал, що відхиляються в СО2-лазерах відбувається дуже рідко, і тільки для специфічних робіт.

З холодною головою

Ще однією відмінністю лазерно-гравіювальних верстатів один від одного є система охолодження граверів, яка може бути повітряною, водяною замкнутою або водяною не замкнутою.

Повітряне охолодження представлено кількома вентиляторами, що включаються до експлуатації граверів. Охолоджувальною речовиною служить повітря – система проста у своїй конструкції та не потребує додаткового обладнання.

Водяне охолодження замкнутого типу являє собою водяну сорочку, що проходить по вузлах, що нагріваються. Система включає ємність для охолоджувальної рідини (дистильованої води), насос для циркуляції рідини по системі та радіатор (принцип автомобільної системи охолодження). Потребує періодичної (не рідше одного разу на місяць) зміни рідини.

Система водяного охолодження не замкнутого типу (проточна) застосовується на лазерах промислового призначення. Вона являє собою ту саму водяну сорочку, що проходить через основні агрегати, насос для циркуляції, але замість ємності та радіатора тут використовується контур, що проходить через центральну систему водопостачання. Після охолодження агрегатів відпрацьована рідина надходить у каналізацію, а в систему постійно надходить нова партія води. Мінусами системи є незручність у пошуку приміщень із центральним водопостачанням та додаткові витрати при експлуатації.

Оцінимо рівень вкладень

Розібравшись з основними функціональними відмінностями, перейдемо до оцінки сумарних вкладень, які потрібні при відкритті даного напрямку. При цьому необхідно враховувати не лише ціну самого верстата, а й робіт з його обслуговування, а також вартість витратних матеріалів.

Пропоновані на ринку лазерні гравери багато в чому відрізняються за комплектацією та функціональними можливостями. Комплектація лазерного гравера залежить від цілей його використання, специфіки робіт, що виробляються на ньому.

Так, наприклад, для гравіювання та різання середніх і товстих матеріалів необхідний лінійний стіл зі спеціальним покриттям, який не відбиває лазерний промінь, і, отже, не залишає слідів на матеріалі (особливо товстому) при різанні.
Для обробки таких матеріалів, як папір та тканина, зручно використовувати комірчастий стіл. Але на ніздрюватому столі, через відбиття лазерного променя від осередків, незручно різати товстий матеріал (від 3 мм).

При роботі лазерного верстата неможливо обійтися без витяжної системи, яка забезпечує витяжку продуктів горіння із робочої зони лазера. Найпростіший і найефективніший варіант - «равлик», дорожчий варіант – вугільна витяжна система, яка не тільки поглинає продукти горіння, а й виключає появу запаху.

Також необхідний компресор, який призначений для запобігання загорянню матеріалу, а також забрудненню та перегріву лінзи (не дає диму та кіптяві осісти на ній). Також він покращує якість гравіювання та різання при деяких режимах роботи.

Для гравіювання матеріалів циліндричної форми (кухлі, пляшки) необхідна наявність пристосування для їх обертання (поворотний стіл).

Система автофокусування автоматично встановлює лазерну голову в положення, при якому маркована поверхня виробу знаходиться у фокальній площині. Можна обійтися без неї, якщо така функція не передбачена у програмному забезпеченні. У такому разі фокусна відстань виставляється за допомогою лінійки, або «шайби» (шматок пластику або ін. матеріалу) відповідної товщини.

З приводу елементів, зарахованих до розряду витратних матеріалів, слід зазначити, що лінзи та дзеркала згодом замінюють, оскільки вони мутніють. Лазерні джерела (лазерні трубки) також належать до витратних матеріалів, оскільки термін їх експлуатації обмежений. Наприклад, тривалість терміну служби скляної лазерної трубки приблизно 3000 годин, металевої – у 3-5 разів довше. Але задля справедливості необхідно сказати, що і вартість цих лазерних трубок відрізняється в 5-10 разів.

Якість різання матеріалу однакова і для скляної та металевої трубки. Якщо говорити про гравіювання, то скляна лазерна трубка може забезпечити гарну та відмінну якість. Для виконання робіт з найвищою якістю (наприклад, гербові печатки підприємств) однозначно необхідна металева лазерна трубка.

Що стосується робіт із заправки трубок, то скляні трубки зазавичай не заправляють, а просто змінюють на нові, металеві набагато вигідніше заправляти. У той же час, європейські та американські скляні лазерні джерела розраховані на перезаправку.

Сопло для різання в процесі роботи забивається нагаром, його чистять або змінюють у міру необхідності.

Життя після покупки

Придбання нового обладнання завжди пов'язане із низкою емоційних моментів. Його довго вибирають, довго купують, і от коли, нарешті, воно з'являється в офісі компанії, з ним треба щось робити.

Головне тут – не зашкодити.

Якщо говорити про встановлення обладнання, то для коректного його підключення необхідно дотримуватися рекомендацій заводу виробника та постачальника лазерних граверів. Щоб уникнути проблем при інсталяції, постачальники зазвичай безкоштовно направляють інженера сервісного центру для проведення пуско-налагоджувальних робіт, оскільки цей процес має деякі нюанси, які в інструкції можуть бути не описані. Наприклад, слід звертати увагу, що після підключення до електроживлення потрібно провести пробний запуск, і лише після цього приступати до юстування системи дзеркал. Далі підключити до комп'ютера, що управляє, встановити програмне забезпечення і знову зробити кілька пробних зразків на різних видах матеріалів.

Не варто забувати, що лазерні гравери – сучасні високотехнологічні пристрої, дуже небезпечні для здоров'я людини. При роботі з ними необхідно дотримуватися техніки безпеки.

Щоб запобігти травмам, достатньо дотримуватися простих правил:

• перед роботою переконатися, що лазерний промінь у відключеному стані (відстежити це можна візуально на дисплеї системи управління);
• перевірити, чи немає в робочій зоні «віддзеркалення лазерного променя» сторонніх предметів, а при виявленні – прибрати їх;
• для збереження здоров'я слід включати систему витяжки для видалення продуктів горіння із робочої зони;
• для кращої функціональності системи витяжки рекомендується під час роботи закривати передню кришку лазерного гравера;
• для запобігання забруднення фокусуючої лінзи перед початком роботи необхідно переконатися, що компресор включений і система видалення кіптяви з носика функціонує справно;
• під час експлуатації обладнання слід стежити за станом лазерної трубки, дзеркал та лінз. Вчасно очищати ці елементи від пилу та кіптяви. В іншому випадку лінза може луснути, дзеркало - помутніти (викликавши необхідність його заміни на нове), а промінь лазера істотно втратить свою потужність і вже не зможе різати товсті матеріали.

Слідуючи цим нехитрим правилам, можна значно знизити втрати часу, енерго- та фінансові витрати в процесі введення нового напряму бізнесу до структури послуг, що надаються Вами.

Випаровуючи зайве

Технологія лазерного гравіювання базується на видаленні поверхневих шарів або зміні їх кольору або структури в результаті лазерного випромінювання. У місці дії променя на поверхні виробу відбувається випаровування невеликої частини матеріалу. Завдяки високій точності лазерного гравіювання можна наносити досить складні зображення.

Для управління лазерним обладнанням потрібний звичайний комп'ютер. У будь-якому стандартному редакторі векторної або растрової графіки ви готуєте зображення. Після цього імпортуєте зображення в програмне забезпечення лазера. Налаштовуєте необхідні параметри (швидкість, потужність, режим роботи тощо) та натискаєте кнопку «Пуск». Все досить просто. Процес лазерного гравіювання та різання на сучасному устаткуванні за простотою можна порівняти з друком з комп'ютера на звичайному принтері. Відскановані картинки, фото, кліпарти, CAD-креслення та багато іншого можуть використовуватися для "друку" лазером.