Spis treści:
- 1 Laserové gravírování – průvodce
- 2 Co je laserové gravírování?
- 3 Jak funguje laserové gravírování?
- 4 Jaké materiály lze zpracovávat laserem?
- 5 U kterých materiálů by se nemělo provádět laserové zpracování?
- 6 Návrhový software a podporované přípony digitálních souborů pro laserové zpracování
- 7 Základní nastavení
- 8 Vytvoření digitálního souboru pro laserové zpracování
- 9 Obsluha vybavení laserového stroje
- 10 Příprava pracovního prostoru pro laserové zpracování
- 11 Parametry laserového zpracování
- 12 Laserové gravírování - závěrečné poznámky
Laserové gravírování je vedle řezání, obrábění a frézování jednou z nejoblíbenějších technik zpracování materiálu.
Laserové gravírování – průvodce
Tento článek popisuje základní principy laserových gravírovacích strojů. Zahrnuty jsou i plasty vhodné pro laserové zpracování.
Co je laserové gravírování?
Laserová technologie byla vyvinuta v 60. letech. XX století. Termín “laser” je zkratka pro Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (zesílení světla stimulovanou emisí záření). Zjednodušeně řečeno, laser je prostě vysoce soustředěné, zesílené světlo a laserový paprsek způsobuje lokální spalování, tavení nebo odpařování materiálu.
Laserová řezačka je počítačem řízený stroj, který pomocí laserového paprsku přesně řeže nebo gravíruje materiál. Typ materiálu, který lze řezat, závisí na typu laseru a výkonu konkrétního stroje.
Existují různé typy laserových řezaček – oblíbené jsou zejména plynové a CO2 laserové řezačky, které nejčastěji používají hobbyisté a malé firmy. Mezi další typy patří například světlovodné nebo krystalové lasery, které se používají v průmyslových aplikacích. Laserové řezačky CO2 mohou řezat a gravírovat širokou škálu nekovových materiálů, jako je dřevo, papír, akryl, textil a kůže.
Jak funguje laserové gravírování?
V laserových řezacích strojích CO2 je laserový paprsek vytvářen v trubici naplněné plynem CO2 (oxidem uhličitým). Pomocí zrcadel a čoček se paprsek nasměruje na laserovou hlavu a zaměří se na povrch zpracovávaného materiálu. Elektronicky řízené motory pohybují laserovou hlavou tak, aby řezala nebo gravírovala požadovaný tvar do materiálu obrobku. Tvar je definován vstupním souborem, kterým může být vektorový nebo rastrový obraz. Při zásahu laseru do materiálu se v extrémně krátkém čase zahřeje velmi malá oblast, což způsobí roztavení, spálení nebo odpaření materiálu.
Řezání laserem
Když laserový paprsek projde celým materiálem obrobku, vytvoří řez. Řezání laserem je obecně velmi přesné a čisté, i když vzhled řezaných hran závisí na zpracovávaném materiálu. Například hrany řezaného dřeva jsou mnohem tmavší než původní dřevo, zatímco hrany akrylu nemění barvu a mají pěkný lesklý povrch. Mezera vytvořená laserovou frézou je velmi malá, její velikost se liší v závislosti na materiálu a závisí také na konkrétním nastavení laseru. U mnoha materiálů se průměr mezery pohybuje mezi 0,05 mm (0,002″) a 0,5 mm (0,02″).
Laserové gravírování
Laserové gravírování je založeno na tom, že laserový paprsek odstraňuje části vrchního materiálu, ale neprořezává jej.
Označování laserem
Značení je, když laser neodstraňuje materiál, ale například mění jeho barvu. Značení laserovými řezačkami CO2 se nejčastěji používá při práci s kovy a kůží. Na povrch obrobku se nanese speciální značkovací roztok a po jeho zaschnutí se provede gravírování. Teplo z laseru naváže roztok na kov a vytvoří na něm trvalou stopu.
Jaké materiály lze zpracovávat laserem?
Laserové stroje CO2 jsou schopny řezat a gravírovat různé materiály. Maximální tloušťka obrobku závisí na výkonu a specifikaci použitého stroje. Typické výkony se pohybují od 30 W do 120 W – lasery s vyššími výkony se nejčastěji používají v průmyslových aplikacích s velkým objemem výroby. Mezi materiály vhodné pro laserové zpracování patří: překližka, balsa, dřevěné desky MDF, karton, korek, papír, kůže, polypropylen, polyethylen, žula, sklo, keramika, hliník, nerezová ocel a také akryl.
U kterých materiálů by se nemělo provádět laserové zpracování?
Existují materiály, které by se laserem nikdy neměly zpracovávat, protože při tom vznikají toxické plyny nebo prach, které mohou poškodit i stroj. Patří mezi ně:
- umělá kůže s obsahem chromu (VI);
- uhlíková vlákna (uhlík);
- polyvinylchlorid (PVC);
- polyvinylbutyral (PVB);
- Teflon (PTFE);
- oxid berylnatý;
- jakýkoli materiál obsahující halogeny (fluor, chlor, brom, jód a astat);
- epoxidové nebo fenolové pryskyřice.
Většina laserových řezaček CO2 pracuje velmi podobně jako běžná inkoustová tiskárna. Laserová řezačka je dodávána se specifickými ovladači – ty převádějí obraz z počítače do formátu, který stroj dokáže přečíst. Při práci s laserovými řezačkami je důležité znát rozdíl mezi vektorovými a rastrovými obrázky. Oba typy grafických souborů lze zpracovávat, ale obrázy rastrové se používají pouze pro gravírování a ne pro řezání. Rastrové obrázy jsou založeny na pixelech, což znamená, že se skládají z mnoha malých čtverečků, zatímco vektorový obráz uchovává všechny čáry a barvy jako matematické vzorce. Vektorové obrázky lze zvětšovat bez ztráty kvality, zatímco rastrové obrázky se při určitém zvětšení začnou “pixelovat”.
Mezi podporované formáty vektorové grafiky patří: PDF, DXF, EPS, SVG, DWG, CDR a AI a v případě rastrové grafiky soubory JPG, PNG a GIF. Pokud však jde o software pro vytváření návrhů pro následné laserové zpracování, lze ve většině případů použít software pro dvourozměrné navrhování (např. Inkscape, CorelDRAW, Adobe Illustrator, AutoCAD) i software pro trojrozměrné navrhování (např. TinkerCAD, Fusion 360, SolidWorks nebo SketchUp). V závislosti na podmínkách výrobce může být software placený nebo bezplatný.
Základní nastavení
Nejdříve je třeba zvážit velikost materiálu, který laserové lůžko pojme. To určuje maximální velikost projektu, proto se vyplatí nastavit pracovní plochu na tento rozměr. Režim barev by měl být nastaven na RGB. Pro označení různých procesů se obvykle používají různé barvy. Například červenou barvu lze použít pro všechny výřezy a černou pro gravírování.
Vytvoření digitálního souboru pro laserové zpracování
Jak již bylo vysvětleno dříve, během řezání laser vysílá spojitý paprsek ve směru řezaného materiálu. K tomu laserový stroj potřebuje vektorovou cestu jako vstupní soubor.
Laser bude řezat pouze vektorovou grafiku s nejmenší možnou tloušťkou čáry (to závisí na použitém softwaru). Všechny ostatní grafické prvky, jako jsou plné tvary nebo silnější čáry, nebudou řezány. Při vystřihování textu nebo jiných složitých tvarů je třeba počítat s tím, že nespojené střední části – například vnitřek písmene “O” – budou vypadávat.
V závislosti na požadovaném designu tomu lze zabránit – například pro text můžete použít šablonové písmo, ve kterém jsou všechny vnitřní části písmen spojeny s vnějšími částmi. Při gravírování laserem lze rozlišovat mezi vektorovým a rastrovým gravírováním. Vektorové gravírování je v podstatě stejné jako řezání, jediný rozdíl spočívá v tom, že při gravírování je výkon nižší, takže laser pouze odstraňuje části materiálu a neřeže ho. Pro rastrové gravírování může být vstupním souborem vektorový soubor nebo rastrový obrázek. Při rastrovém gravírování je obraz gravírován laserem řádek po řádku, pixel po pixelu. Proces je podobný způsobu, jakým inkoustová tiskárna nanáší inkoust, obdobně je materiál odstraňován laserovým paprskem. Gravírování funguje dobře s jednoduchými tvary i složitými obrazy a fotografie musí být pro gravírování převedeny do škály šedi.
Obsluha vybavení laserového stroje
Jakmile máte návrh hotový, přichází na řadu poslední krok – řezání laserem. Laserové řezací stroje jsou velmi výkonné stroje. Lze z nich vytvořit úžasné věci, ale jsou také potenciálně nebezpečné. Proto si před použitím laserové řezačky vždy přečtěte a pochopte všechny přiložené pokyny a dodržujte bezpečnostní pravidla. Kromě toho je důležité si uvědomit, že vlnová délka CO2 laseru je v infračervené části světelného spektra, takže je pro lidské oko neviditelná. Červená tečka, kterou vidíte na povrchu materiálu, je pouze pomůcka pro polohování, nikoli laserový paprsek, který skutečně provádí řez.
Příprava pracovního prostoru pro laserové zpracování
Nejprve je důležité zkontrolovat, zda se zpracovávaný materiál vejde do pracovního prostoru laserové řezačky (v případě potřeby je třeba jej oříznout na míru). Měli byste také provést několik zkušebních řezů nebo rytin a mít po ruce trochu náhradního materiálu. Z dalších nástrojů budou jistě užitečné následující:
- nůž na tapety – k řezání materiálů, které nebyly laserovou řezačkou zcela rozřezány, nebo k řezání papíru a lepenky na požadovaný rozměr;
- malířskou pásku nebo jinou maskovací pásku – pro maskování povrchu materiálu, aby se zabránilo vzniku popálenin;
- lineární metr nebo posuvné měřítko – k měření a ujištění se, že konečné předměty mají správnou velikost.
Parametry laserového zpracování
Čtyři nejdůležitější nastavení laserové řezačky jsou výkon, rychlost, frekvence a vzdálenost zaostření.
- Výkon – určuje výstupní výkon laseru. Obvykle jej lze nastavit v rozsahu 0 až 100 % (maximální výkon). Vysoký výkon se používá pro řezání silných materiálů a nižší výkon se používá pro gravírování a řezání tenkých materiálů, jako je papír.
- Rychlost – určuje rychlost pohybu laserové hlavy. Pro gravírování a řezání tenkého materiálu se obvykle nastavují maximální otáčky.
- Frekvence (Hz, PPI) – parametr frekvence určuje počet laserových pulzů za sekundu. Nastavitelná frekvence závisí výhradně na zpracovávaném materiálu. Například dřevo se nejlépe řeže při frekvenci přibližně 500-1000 Hz, zatímco akryl se řeže mezi 5000 a 20000 Hz.
- Zaměření – uvnitř laserové hlavy je zaostřovací čočka. Ohnisko (místo, kde je laserový paprsek nejtenčí) by se ve většině aplikací mělo nacházet na povrchu materiálu nebo mírně pod ním. K tomu je nutné, aby byl materiál v určité vzdálenosti od čočky. Přesná vzdálenost závisí na typu použité zaostřovací čočky.
Laserové gravírování - závěrečné poznámky
Mnoho laserových řezaček má motorizovaný pracovní stůl, který lze posouvat nahoru a dolů a nastavovat tak vzdálenost zaostření. Alternativní polohu povrchu materiálu je třeba nastavit ručně. Se základními znalostmi dostupných nastavení nyní můžete najít správné parametry pro vytváření vlastních návrhů. Dobrým výchozím bodem je pečlivě si přečíst příručku výrobce laserové řezačky, kde často najdete doporučená nastavení pro různé materiály. Pokud pracujete na sdíleném laseru v oblasti vytváření, jsou obvykle k dispozici seznamy doporučených nastavení. Vyplatí se provést první zkušební řezy, abyste zjistili ideální nastavení pro zpracovávaný materiál. Lze očekávat, že k dosažení požadovaného výsledku bude třeba několika pokusů. Před každým testem by se měl měnit vždy pouze jeden parametr. Začněte například s výkonem a testujte různé hodnoty v krocích po 5-10 %. Pokud dosáhnete správného výsledku, vyplatí se uložit nastavení procesu gravírování pro budoucí použití.
