Czytaj także -

Aktualne wydanie

2021 07 okladka1

Świat Szkła 07-08/2021

User Menu

 ET-160x600-PL-4

 

 

 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 

 Adv-750x100-px-Builing-Science-23

 

 

480x100

 

 RZ RT 2022 Banner Tag Motiv Animiert 550x150 PL

 

 

Tajemnice lasera grawerującego. Część 2
Data dodania: 18.05.09

W pierwszej części tego artykułu opisana została konstrukcja urządzeń laserowych, przeznaczonych do grawerowania różnych materiałów. Grawerowanie laserowe to jeszcze rzadko spotykana technika i jej zagadnienia znane są na razie nielicznym. Poniżej opisane są pozostałe parametry pracy takiego urządzenia.

 

 

Parametry pracy lasera grawerującego
    Jak widać na rysunku poniżej, można ustawić parametry dla wielu kolorów (w trybie manual color fill).



Nie ma to związku z grawerowaniem w kolorze, bo żaden laser tego nie potrafi. Można wypełnić wygrawerowany rysunek farbą aby uzyskać kolor, ale sam laser może wykonać tylko rysunek czarno-biały.



    Kolorami oznacza się obiekty rysunku, którym mają być przypisane inne parametry grawerowania. Przykładowo, możemy narysować czarną literę A z czerwoną obwódką o szerokości 0,001 mm



    W zakładce pokazanej poniżej zaznaczymy przy czarnym kolorze: speed 50, power 99, raster = Yes, vector = No, Air = No. Będzie to oznaczało że litera ma zostać wygrawerowana z mocą 99% maksymalnej, z prędkością 50% maksymalnej, bez nadmuchu powietrza. Następnie po skończeniu grawerowania laser wytnie tę literkę (czerwony kolor ma ustawiony parametr vector), tnąc wzdłuż czerwonej obwódki z parametrami takimi, jak widać na rys. (speed =1,3%, power= 90%) i z włączonym nadmuchem powietrza (Air= Yes).



    Jak widać w podobny sposób można ustawić parametry dla obiektów w wielu kolorach (w przypadku tego lasera jest 16 takich uprzywilejowanych kolorów). Kolory pozwalają nie tylko na ustawianie właściwości, ale również ustalanie kolejności grawerowania. Najpierw grawerowane są te w kolorach będących wyżej na liście.

 

 

    Kolejna zakładka pozwala m.in. na ustawianie punktu początkowego. W położeniu home laser może zacząć pracę traktując lewy górny róg stołu jak lewy górny róg obszaru strony, na której wykonany jest rysunek. W położeniu relative – laser potraktuje miejsce, w którym znajduje się karetka w chwili startu jako lewy górny róg obszaru strony w komputerze. Center – laser potraktuje miejsce położenia karetki jako środek rysunku.

 

W laserach z serwonapędami można ręcznie przesunąć karetkę w dowolne miejsce stołu, zamiast pracowicie ustawiać położenie materiału we właściwym miejscu. Wystarczy ręką przesunąć karetkę w miejsce, gdzie ma zacząć pracę (np tam gdzie ma być środek rysunku), włączyć center i laser będzie wiedział, że ma dopasować grawerowanie tak, aby w miejscu położenia karetki wypadł środek rysunku. Opcje te bardzo ułatwiają pracę, nie są jednak dostępne w laserach z silnikami krokowymi.



    Kolejne pozycje pozwalają ustalić kierunek grawerowania – rozpoczynanie od góry albo od dołu rysunku – i optymalizację cięcia: sortowanie obiektów wektorowych tak, aby najszybciej wyciąć, albo tak, aby najpierw wyciąć obiekty wewnątrz innych obiektów.



    Kolejna zakładka (Paper) służy do ustalania rozmiaru obszaru roboczego. Na ogół pokrywa się on z rozmiarem stołu roboczego, ale w pewnych wypadkach można go ograniczyć. Najczęściej można pominąć ustawianie tej zakładki.



    W wypadku grawerowania zdjęć lub rysunków z odcieniami szarości przechodzimy do kolejnej zakładki. Tutaj można ustalić rozmaite tryby wykonywania rastrów (odcieni szarości) dla osiągnięcia najlepszego rezultatu dla każdego rysunku.

 

 

    Przy wykonywaniu pieczątek lub matryc do odlewów przechodzimy do ostatniej zakładki. Po włączeniu trybu Stamp umożliwia ona dokładne ustalenie kształtu zbocza. Przy normalnym grawerowaniu zbocze jest prostopadłe do powierzchni materiału. Ale w przypadku matryc odlewniczych zbocze musi być wykonane pod pewnym kątem, aby matrycę i gotowy odlew dało się wyjąć z formy odlewniczej.

 

Podobnie jest w wypadku pieczątek. Wierzch gumki musi dokładnie odwzorowywać kształt liter aby odbicie było wyraźne. Ale podstawa liter powinna być nieco szersza aby literki (a zwłaszcza drobne detale np kropki, przecinki) były stabilne i mocno trzymały się podłoża.



    Korzystając z możliwości ukrytych pod tą zakładką można dokładnie wymodelować kształt zbocza łączącego wierzch materiału z najgłębiej wybranym miejscem materiału.



    Inaczej jest w laserach z głowicą GALVO. Tu do obsługi lasera konieczne są specjalne dedykowane progamy sterujące. Najpierw przygotowuje się plik w programie graficznym, zapisuje w formacie wymaganym przez program obsługujący laser (najczęściej bmp, tif, wmf, plt), otwiera ten plik w programie obsługującym laser, pozycjonuje, skaluje i z tego programu wysyła do lasera.



    Procedura jest bardziej skomplikowana niż przy ploterach laserowych, ale ponieważ najczęściej wykonuje się na tych maszynach duże nakłady, nie trzeba tego robić często.



    Rozmiar plamki światła (spot size). Tego parametru nie można regulować, jest związany z budową maszyny, a dokładniej – zależy on od optyki stosowanej w laserze. Przy krótkiej ogniskowej soczewki użytej w karetce plamka jest mniejsza, przy długich ogniskowych średnica plamki rośnie. Standardowo używa się soczewek o ogniskowej równej 2 cale, i średnicy plamki około 0,08 mm.

 

Jest to wielkość teoretyczna, bowiem nawet niewielkie zanieczyszczenie soczewek układu optycznego powoduje “rozmycie” i lekkie powiększenie plamki. Przy stosowaniu optyki o krótszej ogniskowej – np. 1 cal – można uzyskać mniejszą średnicę plamki, ale wtedy tzw. zakres skupienia promienia jest mniejszy. Takie soczewki stosowane są do bardzo dokładnego grawerowania, np. fotografii, ale nie nadają się do cięcia.

 

Do przecinania grubszych materiałów stosować można optykę o ogniskowej większej, np. 5 cali. Plamka jest wtedy większa ale zakres skupienia wzrasta. Wielkość plamki w praktyce jest znacznie większa od teoretycznej, ponieważ – jak wspomniano wcześniej – laser wypala materiał. Przykładowo: podczas wycinania 3 mm pleksi szczelina ma szerokość ok 0,3 mm. Przy czym na powierzchni materiału może to być ok 0,3-0,4 mm, a na dole 0,1-0,2 mm. Ponadto promień lasera ma zmienną średnicę.



Przedstawia to poniższy rysunek:
    Na poziomie 0 ustawiona jest ostrość lasera. W niewielkiej odległości od tego poziomu (między niebieskimi liniami) można przyjąć, że zachowana jest równoległość wiązki laserowej. Jest to zakres skupienia, w praktyce wynoszący ok 3-4 mm.


    Poniżej zakresu skupienia promień rozprasza się. Jeżeli grawerowany materiał znajdzie się w tym miejscu, rysunek będzie nieostry. W skrajnych wypadkach może dojść nawet do zapłonu materiału, gdyż promień zachowuje wystarczająco dużo enegii aby zapalić lub zniszczyć materiał, na który padnie. Dopiero w odległości kilku cm od punktu skupienia rozproszenie jest tak duże, że nie powoduje zniszczeń.

 

 

Grawerowanie powierzchni nierównych
    Ponieważ promień lasera zachowuje skupienie w pewnych granicach, możliwe jest grawerowanie powierzchni nierównych, a nawet zaokrąglonych (jak kieliszki czy butelki – chociaż do grawerowania na okrągłych powierzchniach służy specjalna przystawka obracająca przedmiot). Byle tylko nierówności mieściły się w przedziale owych 3-4 mm, oznaczonych na rysunku niebieskimi liniami.



    Przy grawerowaniu takich powierzchni trzeba brać pod uwagę fakt zniekształcania rysunku na zakrzywionej płaszczyźnie. Fragmenty rysowane na zbyt zakrzywionych miejscach będą nienaturalnie wydłużone i słabo wygrawerowne.



Jakie materiały można grawerować?

    Jak wcześniej wspomniano, laserami YAG znakuje się głównie metale i niektóre tworzywa sztuczne. O wiele szersze możliwości mają lasery CO2. Można nimi grawerować praktycznie wszystkie materiały organiczne, a więc drewno, skórę, papier, karton, tekstylia. Widziałem również grawerowane jabłka czy marchewki. Z tworzyw sztucznych najczęściej graweruje się pleksi – z doskonałym rezultatem.

 

Choć trzeba powiedzieć, że należy dobrze uważać na rodzaj tego tworzywa. Występują bowiem dwa gatunki pleksi: wylewany (cast) i ekstrudowany. Z wyglądu nie różnią się niczym, ale ten drugi nie nadaje się do „laserowania”. Na pleksi wylewanym rysunek jest biały i wyraźny, a wycinane krawędzie gładkie. Na ekstrudowanym rysunek jest przeźroczysty i nieczytelny, a na ciętych krawędziach pojawia się mnóstwo drobniutkich pęknięć.



    PCW daje się łatwo i równo ciąć laserem, ale powstają przy tym toksyczne i agresywne spaliny. Może to prowadzić do uszkodzenia elementów lasera, a na pewno rujnuje zdrowie operatora.



    Laserem CO2 można grawerować szkło. Nie jest to najlepszy materiał do grawerowania, ponieważ nie można uzyskać bardzo drobnych detali. Trzeba pamiętać, że szkło w swej czystej postaci nie oddziaływuje zupełnie z promieniowaniem lasera CO2. Oddziaływują natomiast miliony drobniutkich cząsteczek pary wodnej, powietrza i zanieczyszczeń uwięzione wewnątrz szkła.

 

Gdy promień lasera uderza w powierzchnię szkła, rozgrzewa je i powoduje gwałtowne rozszerzanie tych drobinek. One rozszerzając się powodują z kolei odpryskiwanie drobniutkich kawałeczków materiału z powierzchni szkła w miejscu, gdzie padło światło lasera i w promieniu kilkunastu setnych mm od tego punktu. W efekcie powstaje szorstka, chropowata powierzchnia o matowo-białej barwie, podobna do piaskowanego szkła.

 

Właśnie z tych powodów niemal niemożliwe jest uzyskanie idealnie gładkiej i równej powierzchni, bardzo ostrych i czystych krawędzi grawerowanych znaków, cieniutkich linii i drobnych detali. W dużym powiększeniu wygląda to jak wydruk ze starej drukarki igłowej, a nie produkt najnowszej technologii laserowej. Na szczęście nikt nie patrzy przez lupę na grawerowane szkło, a w typowych zastosowaniach te niedokładności w niczym nie przeszkadzają.



    Istnieją tysiące rozmaitych receptur na wytwarzanie szkła. Niektóre z jego gatunków, jak np. kryształy ołowiowe, w ogóle mogą się nie grawerować laserem. To ciężkie, pełne ołowiu szkło bardzo różni się od taniego szkła naczyniowego, sprzedawanego w normalnym sklepie. Szkła ręcznie dmuchane i kolorowane dają kolejną porcję różniących się właściwościami materiałów. Właściwie każdy wyrób jest tu inny. Dlatego nie znając wcześniej podatności szkła na grawerowanie laserem, dobrze jest przeprowadzić próby przed podjęciem się większych zamówień.



    Szkło jest barwione przez dodanie do niego w stanie płynnym związków metali i innych substancji. Np. związki kobaltu dają szkłu błękitny kolor (im więcej kobaltu tym ciemniejszy kolor). Inne metale, jak np. magnez, miedź, tytan, a nawet złoto dają inne kombinacje kolorów. Te metale zawarte w szkle są niezwykle ważne przy grawerowaniu laserem.

 

Dzieje się tak dlatego, że laser CO2 prawie w ogóle nie oddziałuje z metalem. I właśnie te cząsteczki metalu zawarte w szkle powodują, że nieprzewidywalne są efekty oddziaływania lasera na takie szkło. Jeżeli weźmiemy do grawerowania laserem kawałek szkła najwyższej jakości, drogiego (a więc zawierającego sporo dodatków uszlachetniających w postaci związków metalu) oraz kawałek najtańszego, zwykłego szkła – porównamy efekt grawerowania, to okaże się, że na tym najlepszym szkle ledwo widać jakieś ślady działania lasera (albo rysunek jest fatalnej jakości), a na tym tanim kawałku rysunek jest całkiem niezły.

 

A powodem tego jest właśnie zawartość metalu. Promień lasera trafiając w szkle na cząsteczki metalu odbija się, nie zostawiając śladu. W dodatku dobre gatunki szkła zawierają niewielkie ilości cząsteczek pary wodnej i zanieczyszczeń i wtedy laser naprawdę nie ma z czym oddziaływać.

 

 

    Jeżeli więc trzeba wybierać szkło do grawerowania, to lepiej wziąść najtańsze i kiepskiej jakości (co wcale nie znaczy, że grawerować trzeba na przedmiotach brzydkich). Wiele bardzo ładnych produktów wykonano z taniego szkła – tylko nikt poza fachowcami tego odróżni. Większość produkcji renomowanych producentów, takich jak Huta Szkła Krosno lub Huta Szkła Irena wykonana jest z taniego szkła, dobrego do grawerowania).



    Większość szklanych przedmiotów ma formę cylindryczną. Kieliszków, butelek czy szklanek nie dałoby się grawerować tak, jak płaskich przedmiotów. Do tego celu używa się przystawek rotacyjnych, jak ta widoczna na zdjęciu.



    Kieliszek zamocowany w przystawce jest obracany z dużą dokładnością przez silnik krokowy, a karetka lasera porusza się tylko wzdłuż osi kieliszka. W ten sposób można wykonać rysunek na pełnym obwodzie szkła.



    Gdy laser „świeci” bezpośrednio na powierzchnię kieliszka wygrawerowana powierzchnia jest chropowata i pełna ostrych drobinek szkła. Po grawerowaniu konieczne jest czyszczenie, np. za pomocą ostrej szczotki. Aby uniknąć tego i uzyskać rysunek bardziej kontrastowy, o gładkiej powierzchni można zastosować pewien trik. Mianowicie na szkle układa się cienki mokry papier. Woda powoduje natychmiastowe schłodzenie grawerowanego punktu. W efekcie powierzchnia jest gładka jak przy piaskowaniu czy trawieniu chemicznym.

 

•••

    Technologie wykorzystywane w laserach grawerujących są ciągle doskonalone przez producentów. Pojawiają się nowe modele laserów, nowe zastosowania, nowe materiały wymyślone specjalnie do obróbki laserami. Urządzenia te, kilka lat temu niemal nieznane, stają się coraz powszechniejsze. Podstawowe zasady ich działania pozostają niezmienne. Mam nadzieję, że pisząc ten artykuł udało mi się trochę je przybliżyć.

 
Jakub Borowicz
BORO
 
 

wszystkie części artykułu:

- Tajemnice lasera grawerującego. Część 1 , Jakub Borowicz, Świat Szkła 3/2009

- Tajemnice lasera grawerującego. Część 2 , Jakub Borowicz, Świat Szkła 4/2009

 

patrz też:

- Grawerowanie laserowe, Świat Szkła - portal

- Odkryj swoją kreatywność , Świat Szkła - portal  

- Szkło pod działaniem lasera  , Tomasz Florian, Świat Szkla 2/2005

  

więcej informacji : Świat Szkła 4/2009 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik