Kokie medžiagų tipai yra idealūs anglies dioksido graviravimo mašinai?

Mokslas, slypintis už CO2 lazerio sąveikos su ne metalinėmis medžiagomis

CO2 lazeriai veikia apie 10,6 mikronų bangos ilgiu, ir atspėkite ką? Ne metaliniai medžiagų tipai, tokie kaip medis, akrilas ir odos dirbiniai, sugeria šviesą iki 15–30 kartų geriau nei metalai. Kodėl taip atsitinka? Paprastai organinės medžiagos ir plastikai vibruoja dažniais, kurie puikiai atitinka šių lazerių infraraudonąją šviesą. Paimkime medį – pagal 2023 m. Ponmeno tyrimus, celiuliozė medyje sugeria apie 92 procentus tų 10,6 mikronų fotonų. Toliau vyksta kažkas nuostabaus – lazerio energija tiesiogiai virsta šiluma būtent tame plote, kuriame ji pateko, leidžiant tiksliai pjaustyti ar graviruoti. Be to, medžiagos, kurios prastai laiduoja šilumą, pvz., MDF plokštės, išlaiko šią šilumą vienoje vietoje. Tai reiškia švaresnius graviravimo rezultatus be papildomo triukšmo, kurį sukelia šilumos sklaida ir gretimų sričių pažeidimas.

Kodėl metalai paprastai netinka anglies dioksido graviravimo mašinoms

Dėl laisvų elektronų, esančių jų struktūroje, dauguma metalų atspindi apie 70 % tų 10,6 mikrometro bangos ilgių, todėl jie yra labai atspindintys, kai į juos pataiko CO2 lazerio šviesa. Norint pasiekti reikiamą 80 % sugerties lygį, kuris būtinas kokybiškam graviravimui, reikalingos tokios energijos galios, kurios šiuolaikinėse dirbtuvėse nėra praktiškai pasiekiamos – tarp 5 ir 10 kilovatų. Todėl žmonės, kurie dirba su metalais, paprastai naudoja pluoštinius lazerius. Šie įrenginiai veikia maždaug 1,06 mikrometro bangos ilgyje ir nuo pat pradžių buvo sukurti metalų apdorojimui. Jei bandysite pažymėti tokius medžiagų kaip aliuminis ar nerūdijantis plienas paviršių CO2 lazeriu, didelė tikimybė, kad graviruotas ženklas bus silpnos kontrastinės kokybės, galimas paviršiaus išlinkimas arba dar blogiau – pačio įrenginio pažeidimas dėl atspindėtų spindulių, kurie atsispindėję gali pažeisti vidaus komponentus.

Sugerties greičio ir šilumos laidumo vaidmuo medžiagos reakcijoje

Sugerties efektyvumas ir šiluminis laidumas yra pagrindiniai veiksniai, nustatantys, kaip medžiaga reaguoja į CO2 lazerio energiją:

Medžiagos, tokios kaip akrilas ir medis, sugeria didžiąją dalį lazerio energijos ir lėtai išsklaido šilumą, leisdamos kontroliuojamą abliaciją. Metalai, priešingai, atspindi didžiąją spindulio dalį ir greitai išveda bet kokią sugertą energiją, dėl ko standartinėmis sąlygomis neleidžiama efektyviai žymėti.

Geriausios ne metalinės medžiagos: medis, akrilas ir oda

Anglies dioksido graviravimo mašinos puikiai tinka organinėms ir sintetinėms ne metalinėms medžiagoms, pasiekiant tikslų rezultatą medyje, akrile ir odoje. Šios medžiagos efektyviai sugeria 10,6 μm bangos ilgį, leisdamos švarų išgarinimą be pernelyg didelio šilumos plitimo.

Geriausi medžio tipai, naudojami anglies dioksido graviravimo mašinose

Klevo, vyšnios ir beržo medis puikiai tinka detaliam graviravimui, nes jie turi malonią tolygią tekštelę. Dirbant su dažais ar dengiančiomis medžiagomis, paprastai geriausias pasirinkimas yra MDF plokštės. Medžiaga išlieka vientisa, todėl mažesnė tikimybė, kad pasirodys erzinantys degimo žymės netolygiai. Pušis? Tikriausiai geriau jos vengti. Derva dažnai užsidega naudojant standartinį lazerio galingumą apie 40–60 vatų. Kalbu iš patirties: sudėtingiems dizainams reikia aukštesnių raiškos nustatymų – nuo 300 iki 600 DPI. Taip pat didelį skirtumą daro oro pagalba, kuri sumažina dūmų kaupimąsi ir suteikia švaresnį kraštų išvaizdą.

Lietinio ir išspaudinto akrilo graviravimas: skaidrumas, kontrastas ir komercinis naudojimas

Lietas akrylicas sukuria ryškesnius aptraukimo ženklus dėl vidinių įtempties modelių, susidarančių lėtai auštant, kurie efektyviai sklaido lazerio šviesą. Ekstruduotas akrylicas lydosi lengviau, reikalaudamas 25–35 % mažiau energijos, tačiau pjovimo storesnes plokštes (>3 mm) didesnis kraštų išlinkimo rizika.

Tinkamos odos rūšys ir tekstūros patobulinimo technikos

Kai kalbama apie augaliniais dažais minkštinamą odą, kurios storis nuo 1,2 iki 3,0 mm, CO2 lazeriai puikiai tinka graviravimui. Rezultatai dažniausiai pabrėžia gražias tamsiai rudas spalvas, ypač kai lazerio greitis sulėtinamas iki maždaug 15–20 %. Įdomūs dalykai vyksta, jei prieš tai šiek tiek apšlakstome odos paviršių vandeniu – 2023 m. „Ponemon“ atlikti tyrimai parodė, kad šis paprastas žingsnis sumažina degimo žymes apie 60 %. Tačiau tekstūruotos odos tipai reaguoja skirtingai. Naudojant 50 vatų įrenginį, judantį 200 mm per sekundę, meistrai gali sukurti reljefinius raštus, nesukurdami skylių medžiagoje. Kalbant apie chromu minkštintą odą, verta paminėti saugos aspektą. Šios medžiagos apdorojant išsiskiria itin nemalonus dūmai, todėl būtina gerai ventiliuoti patalpą arba investuoti į tinkamą dūmų surinkimo įrangą darbo vietose.

Specialūs paviršiai: stiklo, akmens ir audinio graviravimas

Nuolatinio stiklo ir akmens ženklinimo technikos su CO2 lazeriais

Anglies dioksido lazeriai gali nuolat keisti tokių medžiagų paviršius kaip stiklas ir akmuo, sugerdami energiją apie 10,6 mikrometrų bangos ilgyje. Dirbant su stiklu, operatoriai dažniausiai nustato galvą nuo 15 iki 30 vatų. Tai sukuria mažytes įtrūkimus po paviršiumi, suteikiant būdingą aptraukimo išvaizdą, tuo pačiu paliekant patį paviršių nepažeistą. Gamtiniai akmenys kelia visiškai kitokias problemas. Granitui ir marmurui tinkamai išgarinti mineralines sudedamąsias dalis visame paviršiaus plote reikia žymiai stipresnių spindulių, paprastai 80–100 vatų diapazone. Procesas darosi dar įdomesnis, kai medžiaga perbraukiama kelis kartus. Tokiomis technikomis gamintojai gali pasiekti nepaprastai aukštą tikslumą – apie plius arba minus 0,05 milimetro. Toks tikslumas daro CO2 lazerius ypač naudingus detalioms dalykams, tokiems kaip litofanų skulptūros ar sudėtingi raižiniai pastatų fasaduose, kurti.

Tiksli guma, putos ir tekstilės pjaustymas naudojant anglies dioksido graviravimo mašinas

Dėl galimybės tiksliai sureguliuoti fokusavimo taškus ir oro srautą darbo zonoje CO2 lazeriai užtikrina labai švarų pjaustymą visų tipų lankstiems medžiagoms. Dirbant su tokia medžiaga kaip 2 mm storio neoprenu, daugelis operatorių nustato, kad apie 0,1 mm skersmens antgalio anga, derinama su maždaug 25 vatų galia, leidžia išlaikyti švarius ir profesionaliai atrodančius kraštus. Tekstilės taikymui labai svarbus ir greitis. Pjaunant beveik 300 mm per sekundę greičiu bei naudojant azoto dujas, pavyksta išvengti audinio deginimo procese. O kas gi su tais sudėtingais kreivais kontūrais? Naudojant specialius rotacinio tipo prietaisus, pritvirtintus prie lazerinio galvutės, net sudėtingas kreives galima apdoroti gan tiksliai. Dauguma įmonių praneša, kad jų nuokrypis nuo nominalo išlieka maždaug ±0,2 mm ribose gamindamos tokius dalykus kaip apvalios tarpinės arba sudėtingus odos dizainus, kuriems reikalingas tikslus išlenkimas visame ilgyje.

Saugos ir degumo problemos apdorojant lankstius medžiagų tipus

Mažiau nei pusės milimetro storio medžiagos, tokios kaip tam tikros audinys ar putplasčiai, gali kelti rimtą ugniavies pavojų, todėl jos turi atitikti NFPA 701 standartuose nustatytus reikalavimus. Kai yra dirbama konkrečiai su akrilo danga padengtais audiniais ar polietileno putomis, protinga kaip pagrindinę sluoksnį naudoti ugniai atsparias medžiagas ir įrengti automatinę gaisro gesinimo sistemą atsargai. Naujausių tyrimų duomenys rodo, kad jei šios medžiagos saugomos 8–12 procentų drėgnumo sąlygomis, o ne leidžiama jiems visiškai išdžiūti, dūmų susidarymas sumažėja apie keturiasdešimt procentų, kas paskelbta „Journal of Laser Applications“ žurnale 2023 metais. Tai padeda padidinti darbo vietų saugumą ir taip pat gerina vidaus oro kokybę.

Rezultatų optimizavimas: nustatymai, iššūkiai ir kokybės kontrolė

Gylis ir smulkūs detališkumo aspektai medžio ir akrilo graviravime

Gerų rezultatų iš graviravimo pasiekti galima tik tinkamai subalansavus tris pagrindinius veiksnius: galios nustatymus, kurie dažniausiai yra tarp 40 ir 70 procentų organinėms medžiagoms, skenavimo greitį – nuo apie 300 iki 800 milimetrų per sekundę, bei tai, kuriame taške lazeris fokusuoja į medžiagos paviršių. Dirbant su kietmedžiais, tokiais kaip klevas, graviruotojai dažnai pastebi, kad reikia padidinti galios nustatymą apie 15–25 procentais lyginant su minkštesniais medžiais, kad būtų pasiekiamos panašios įpjovos gilumos, nes šie medžiai yra žymiai tankesni. Su akrilo medžiagomis dauguma specialistų rekomenduoja naudoti vektorinio graviravimo techniką 80–120 mm/s greičiu, siekiant gauti švarius, aiškius kraštus, kuriuos visi nori. Tačiau atliekant rastrinį darbą ant akrilo, lėtesnis nei 400 mm/s greitis padeda išvengti erzinančių lydymosi dėmių, kurios sugadina kitu atveju tobulus projektus. Kalbant iš patirties, keletas nedidelių bandymo sričių su palaipsniui keičiamais nustatymais gali žymiai sumažinti medžiagų švaistymą. Pagal pramonės duomenis iš praėjusios savaitės, šis metodas sutaupo apie 18 procentų daugiau medžiagos lyginant su vieno nustatymo bandymu ir viltimi, kad viskas bus gerai.

Mažinamas angliavimas, lydymasis ir paviršiaus iškraipymas

Kiekvienam medžiagai būdingi specifiniai terminiai apribojimai, kurie nurodo optimalias apdorojimo strategijas:

Tikro laiko šiluminis stebėjimas padeda išlaikyti temperatūras žemiau skilimo slenksčių. Taikant poliuretano sandariklį poringiems medžiagoms, tokioms kaip MDF, prieš graviravimą dūmų likučiai sumažinami 40 %.

Rekomenduojami galios, greičio ir fokusavimo nustatymai pagal medžiagos tipą

Optimalūs parametrai žymiai skiriasi priklausomai nuo pagrindo:

Kombinuojant su 300–600 DPI raiška, šios nuostatos pasiekia 92 % pirmojo bandymo sėkmingumo rodiklį. Visada iš naujo patikrinkite židinio ilgį po medžiagos keitimo – net 0,5 mm nuokrypis gali sumažinti kraštų aiškumą 30 %.

Medžiagų pasirinkimo perspektyva CO2 lazeriniams taikymams

Inovacijos kompozitinėse ir tvarioms medžiagose lazerinei graviruotei

Stebime didelį poslinkį pramonėje link šių darnių, aukštą našumą pasižyminčių kompozitų, kurie puikiai veikia su CO2 lazeriais. Pažvelkite į kai kuriuos dabar rinkoje esančius biologinės kilmės medžiagų pavyzdžius – tokius kaip akrylai, praturtinti dumblių ekstraktais, arba polimerai, sustiprinti grybų mikoriza. Pagal praėjusiais metais paskelbtus Material Innovation Initiative duomenis, šios naujos medžiagos iš tikrųjų graviruojamos apie 17 procentų greičiau nei įprasti seni plastikai. Be to, yra ir šių dienų žaliavinio odos pakaitalų, pagamintų iš žemės ūkio atliekų. Jie gali pasiekti tikslumą mažesnį nei 0,2 mm, tuo pačiu sumažindami gamybos emisijas apie 34 procentais. Pagal „MarketsandMarkets“ prognozes, rinka šiems lazeriui draugiškiems kompozitams 2027 m. pasiekia apie 740 milijonų dolerių. Augimą, atrodo, skatina tiek kūrybinėse srityse dirbantys specialistai, tiek rimtos pramonės taikymo sritys, siekiančios geresnių sprendimų.

Tendencijų analizė: Personalizuoti produktai ir pramonės paklausos pokyčiai

Asmeninių produktų poreikis tikrai padidino įvairių medžiagų poreikį, kuris nuo 2020 m. išaugo apie 41 %. Žmonės šiuolaikiniais laikais labai susižavėjo tokiais dalykais kaip graviruoti bambukiniai telefonų dangteliai ir kamštiniai aksesuarai. Tuo pat metu pramonės aplinkose pastebimas poslinkis link specialių silikonų nurodymo, kurie atsparūs ugniai ir gali būti ženklinami lazeriu pagal ASTM standartus lėktuvų etiketėms. Lauko reikmenų gamintojai taip pat nori polimerų, kurie atlaiko UV spinduliavimą. Tai, ką čia matome, yra rinka, kurioje teikiama pirmenybė medžiagoms, gebančioms tvarkyti sudėtingas detales iki maždaug 50 mikronų ir gerai veikti tiek labai šaltame minus 40 laipsnių ore, tiek karščiausioje temperatūroje iki 120 laipsnių Celsijaus. Ši poreikių kombinacija skatina inovacijas tose srityse, kurias vadiname lazeriu apdorojamomis medžiagomis ateityje.

DUK

Kokia yra CO2 lazerių darbo bangos ilgis?

CO2 lazeriai veikia apie 10,6 mikronų bangos ilgiu.

Kodėl metalai paprastai netinka CO2 lazerinei graviravimui?

Metalai netinka, nes jie atspindi apie 70 % CO2 lazerio bangos ilgių, dėl ko sugėrimas tampa neefektyvus ir reikalingi neprotingi galios lygiai efektyviam graviravimui.

Kokie yra geriausi ne metaliniai medžiagų tipai CO2 lazeriniam graviravimui?

Geriausi ne metaliniai medžiagų tipai yra medis, akrilas ir oda dėl jų efektyvaus 10,6 mikronų bangos ilgio sugėrimo.

Kokie nustatymai rekomenduojami medžio graviravimui naudojant CO2 lazerius?

Rekomenduojami medžio graviravimo nustatymai apima galios reikšmes nuo 40 iki 70 %, skenavimo greitį nuo 300 iki 800 mm/s ir tinkamą fokusavimą ant medžiagos paviršiaus.

Kaip galima sumažinti angliavimąsi ir lydymąsi lazerinio graviravimo metu?

Angliavimąsi ir lydymąsi galima sumažinti naudojant tinkamas apdorojimo strategijas, tokius kaip oro pagalba, kelioliką seklių praeigų ir tikrojo laiko šiluminį stebėjimą.