Как работает лазерный станок для гравировки

Лазерный гравер — устройство и принцип работы

Технологические разработки, еще вчера казавшиеся фантастикой, сегодня становятся более доступными для массового потребления. В их число входит лазерный гравер.

Изделия, созданные на лазерном станке, могут быть как рекламной продукцией, так и украшением бытовых вещей. Потому хобби при определенной сноровке способно перерасти в собственный бизнес.

Устройство оборудования

Для домашнего использования либо промышленных целей небольших масштабов, достаточно настольной версии лазерного гравировального станка. Он отличается компактностью размеров, невысокой мощностью и удобством использования.

Принципиальное устройство такого аппарата состоит в следующем:

  • лазер – элемент, индуцирующий луч;
  • оптическая система (резонатор);
  • каретка, удерживающая лазер;
  • металлопластиковая рама с направляющими движения каретки;
  • система охлаждения;
  • двигатель;
  • стол;
  • корпус с защитными покрытиями;
  • система коммуникаций подключения к питанию и управляющему компьютеру.

Промышленные миниатюрные модели лазерного гравера поставляются с диском, содержащим компьютерную программу, управляющую его работой и обрабатывающую изображения для переноса его прибору.

Мощное оборудование станок для лазерной гравировки, используемое в промышленных масштабах, оснащается производителями электронной системой управления и возможностью его программирования. Это всего лишь дополнение, оптимизирующее работу гравера. Важной его составляющей остается лазер.

По природе и агрегатному состоянию активной среды лазеры, используемые в граверах, подразделяют на:

Газовый представляет собой трубку, заполненную инертным веществом (азотом, гелием, углекислым). Его особенностью является то, что мощность со временем снижается за счет разрежения газа, сказываясь на качестве изделия. Потому характеризуется временем работы, выраженным в часах. Оно может составлять от 1,5 до 10 тыс. Чем выше величина, тем дольше прослужит трубка, при условии рациональной эксплуатации: с перерывами и правильным охлаждением.

Твердотельные, где активная среда – твердое вещество, отличаются высокой практичностью и стабильной мощностью. Они обладают специфическими функциями: придают вырезанной дорожке цвет и выполняют рисунок с высокой точностью. Твердотельные элементы содержатся в гравировальных лазерных станках по металлу.

Свойства режущего луча зависят от оптической системы, которая его фокусирует. Состоит из трех зеркал и линзы – выгнутого стекла, покрытого специальной пленкой. Настройка точности гравера выполняется по этим зеркалам.

Механическая часть оборудования состоит из металлопластиковой конструкции в виде рамы, с направляющими реями, по которым движется удерживающая лазер каретка. В некоторых моделях есть возможность ручного управления положением каретки, что позволяет перемещать ее в нужную точку по всему рабочему полю.

В стабильности работы аппарата и износостойкости лазерных труб немаловажную роль играет система охлаждения, которая бывает:

  • воздушной из нескольких вентиляторов;
  • водяной, представляющей собой замкнутый контур трубочек с циркулирующей по ним водой;
  • комбинированной – воздушно-водяной.

Перегрев лазерного элемента приведет к снижению его мощности, двигателя – к выходу из строя всего станка.

Важна мощность двигателя, управляющего лазером гравировки, как металла, так и других плотных материалов. От этого параметра зависит, какой материал под силу станку, какой толщины, и что именно будет он выполнять – гравировать или резать контур.

По мощности граверы бывают:

  • слабые – 20-60 Вт – для работы по дереву, картону, оргстеклу;
  • средней мощности – 60-100 Вт – могут обрабатывать металлическую поверхность;
  • мощные – 100-160 Вт –промышленные, способны резать материал.

Рабочим полем служит стол, от высоты которого зависит возможность обработки материалов различной толщины, так как одним из основных параметров является расстояние от лазера до поверхности. Размер поля выражается в миллиметрах и указывает на возможные объемы изделий.

Автоматический гравер имеет соответствующее управление высотой стола, может снабжаться дополнительным вращающимся элементом для резки округлых изделий. В более простых моделях регулировка положения площадки осуществляется вручную, усложняя работу в целом.

Подключаются аппараты к сети питания 220 В, мини модели могут быть 12-вольтовыми, комплектуются блоками питания. Связь с компьютером осуществляется через USB порт.

Принцип работы

Принцип работы лазерного гравера заключается в выжигании поверхности сфокусированным лучом лазера. Такие характеристики лазерного луча, как монохромность (излучения одной длины волны) и малый угол расходимости, позволяют получить тонкую резаную линию с ровными краями.

Если для гравера применяется газовый лазер, то индуцированный луч в трубке через систему зеркал попадает в лазерную головку. Проходя через линзу, фокусируется, и выходит на рабочую поверхность из сопла. Результат зависит от мощности трубки, которую можно регулировать, варьируя глубину прорезывания.

В таких лазерах индукция луча осуществляется за счет электрического разряда. И работают они в непрерывном режиме в результате протекания химических реакций в среде.

Лазеры твердотельные для гравировки, работают в импульсно-периодическом режиме с большой энергией. В результате стержень разогревается и разрушается. Накачка энергии происходит мощными вспышками газоразрядных ламп. Следовательно, конструкции твердотельных лазеров в аппаратах более дорогие, чем газовых, но и возможности лазерного гравера выше. Выделяется большая энергия, способная разрезать твердые материалы – металлы и их сплавы.

Как выбрать лазерный гравер?

Настольный вид лазерных граверов — оптимальный вариант для работы в домашних мастерских. Правильный выбор оборудования скажется на успешности всего бизнеса.

Выбирая лазерный гравер, стоит учитывать следующие моменты:

  • цель покупки – для себя, малого или крупного бизнеса;
  • требования к объему работ, форме и размерам изделий;
  • вид, природу и толщину материалов, подлежащих обработке;
  • точность и качество наносимого рисунка или вырезания фигур;
  • уровень мастерства работника (персонала);
  • владение навыками пользования специальными компьютерными программами;
  • размер бюджета, выделенного на покупку, содержание и эксплуатацию лазерного гравера для дома.

Чтобы обеспечить бесперебойную работу достаточного уровня, необходимо учитывать такие параметры станков:

  • мощность луча, учитывая, что средняя производительность достигается при величинах 60-80 Вт;
  • достаточную площадь рабочего поля, нужна ли дополнительная возможность установки вращающего элемента (при средней мощности площадь может составлять от 60х90 см до 2х3 м);
  • способность станка работать без перебоев длительное время;
  • гарантийное время эксплуатации газовой трубки и вид газа в ней, доступны ли ее модели в продаже для своевременной замены;
  • качество фокусирующей линзы;
  • вид оптической системы – стационарная или отклоняющаяся, что сказывается на скорости процесса – 1000 и 7000 мм/с соответственно;
  • эффективность системы охлаждения;
  • наличие функции автофокусировки, которая значительно увеличивает качество изделия;
  • вспомогательные средства для отладки точности гравера;
  • габариты станка;
  • совместимость оборудования с компьютером;
  • обеспечение системы вытяжной вентиляции для удаления дыма и рабочих запахов.

С целью домашнего использования или обеспечения потребностей малого бизнеса достаточно приобрести недорогие аппараты, к примеру, лазерные граверы китайского производства. Это бюджетные варианты, имеющие, как правило, стандартную комплектацию и некоторые материалы для начала работы. Таким оборудованием можно обучаться работе, отрабатывать навыки, а даже начинать выполнять небольшие заказы.

  • невысокая цена;
  • достаточный функциональный номинал для начала работы;
  • простота сборки и использования.
  • отсутствие гарантийного обслуживания;
  • минимальные функции, не позволяющие выполнять серьезные работы;
  • ненадежность конструкции.

Также определиться, какое оборудование будет лучшим, позволит рассмотрение особенностей производителей лазерных граверов.

Особенности работы на лазерном гравере

Работа, выполняемая на лазерном гравере, требует соблюдения правил безопасности.

  • Излучения от лазера пагубно влияют на глазные ткани, выжигая клетки, потому необходимо использование затемненных очков (обычно, входящих в комплект со станком), а также в случае использования настольного лазерного гравера закрытого типа, при работе не оставлять открытыми крышки с защитными стеклами.
  • В процессе гравирования детали оборудования нагреваются, потому нельзя касаться рабочих частей незащищенными руками.
  • Не подставлять части тела под луч.
  • Не допускать к оборудованию детей и животных.
  • Станок должен быть заземлен и подключен к стабилизатору напряжения.
  • Применение гравера возможно только в исправном состоянии.

Чтобы выполнять гравировку дома по металлу, пластмассам, дереву и прочим материалам, необходимо учитывать минимальные требования к установке оборудования:

  • свободное место в рабочей зоне, без загромождений;
  • хорошая вентиляция помещения;
  • защита от пыли.

После покупки нового устройства, а также чтобы делать качественную продукцию на лазерном станке, стоит проводить его калибровку – отладку точности работы лазера (юстировку).

Осуществляется это по мишеням, располагаемым на зеркалах оптической системы. Проводить можно с помощью специального снаряжения, входящего в комплектацию со станком, или без такового.

Для возможности управления станком через компьютер, требуется его прошивка драйверами.

Макеты готового изделия в графическом виде передаются аппарату, предварительно обработанные в специальных графических редакторах: CorelDraw, Benbox и прочих. Изображение должно быть векторным, выполнено в режиме «оттенки серого». При этом тело изделия заливается цветом, а части, которые должны быть вырезаны – остаются не закрашенными.

Гравер открывает интересные возможности перед мастером: от создания сувенирной продукции до дорогих ювелирных изделий; от маркировки на деталях до личных печатей; от индивидуальных заказов до массового производства. Высокий уровень квалификации и правильное оборудование обеспечат стабильный заработок на долгое время.

Источник

Принцип работы лазерного гравировального станка

Гравировальный станок — это устройство, которое значительно ускоряет и упрощает процесс нанесения изображения на поверхность изделия. Такой метод декорирования и идентификации вещей применяется еще с глубокой древности. Первые инструменты для гравировки датируются чуть ли не каменным веком. В те времена, как и много столетий спустя, мастера-граверы воспроизводили узоры, надписи и картинки вручную, неделями и месяцами корпя над особенно замысловатыми изображениями. Рассматривая оружие, доспехи, табакерки и еще множество изделий прошлых веков, украшенные гравировкой, приходишь в восхищение от изящности линий и сложности контуров. Понимаешь также и другое: случайный сдвиг изделия в процессе работы, дрогнувшая рука, излишне глубокий нажим и прочие ошибки зачастую приводили к необратимым последствиям, вынуждая резчика начать все заново.

Гравировка на металлических доспехах, нанесенная вручную мастером из средних веков

Работа граверов несколько упростилась только в прошлом веке, когда на помощь им пришел технический прогресс и принес с собой ручной электроинструмент. Небольшие бормашинки с моторчиками и различными сменными насадками взяли на себя часть работы и ускорили весь процесс гравировки. Самым известным производителем подобного оборудования стал Dremel — компания, основанная в 1932 году в Америке. Со временем ее постигла участь ксерокса и памперса, то есть, дремелем теперь называют любые ручные машинки, работающие от электричества, которые способны сверлить, гравировать и шлифовать небольшие изделия.

Гравировка деревянной поверхности с использованием ручного электроинструмента

Однако несмотря на то, что с появлением электрограверов дело стало двигаться быстрее, проблемы человеческого фактора никуда не исчезли: мастерам по-прежнему приходилось работать, можно сказать, вручную, только в руках теперь была бормашинка, а не инструмент из металла. Соответственно критичные и некритичные огрехи по-прежнему периодически возникали даже при использовании техники.

Настоящим прорывом в работе граверов стало появление фрезерного оборудования, управляемого компьютером. Небольшие настольные станки взяли на себя весь объем работы и выполняли ее на порядок быстрее и качественнее. Количество ошибок и неточностей свелось к минимуму, появилась возможность поставить выпуск изделий на поток, так как фрезер с ЧПУ мог не только быстро работать, но и наносить совершенно идентичную гравировку раз за разом, следуя заложенной в программе траектории движения.

Фрезерные гравировальные аппараты с ЧПУ показывают очень высокое качество работы, но по степени детализации изображений и скорости их нанесения уступают лазерным устройствам

Однако недочеты у такого оборудования все-таки есть, что, правда, ничуть не мешает ему до сих пор оставаться востребованным. В первую очередь речь идет о том, что какой бы тонкой и острой ни была фреза, она не может идеально четко воссоздать все нюансы и контуры сложных изображений. Погрешность в работе фрезерного гравера составляет порядка 0,5 мм, поэтому воспроизводить с его помощью миниатюрные рисунки или мелкие надписи невозможно.

И вот тут на сцену выходит лазерный станок — устройство с программным управлением, которое до сих пор относится к разряду новых технологий, а период его более-менее массового использования насчитывает буквально 5-10 лет. Диаметр лазерного луча настолько мал, что ширина прорезов между деталями или отверстиями, созданных им, зачастую не превышает толщину человеческого волоса. И это только начало в огромном списке плюсов лазерной техники, причем, одним из достоинств можно назвать отсутствие недостатков. С некоторой натяжкой единственным минусом может стать пока еще не очень бюджетная стоимость таких аппаратов. Тем не менее даже в домашних мастерских миниатюрные лазерные станки уже перестали быть диковинкой.

Качество лазерной гравировки настолько безупречное, что ее используют даже для изготовления штампов и печатей

Преимущества лазерно-гравировальных устройств

Гравировальные аппараты, использующие в своей работе лазерный луч вместо металлического режущего инструмента, по всем параметрам оставляют далеко позади своих конкурентов по ремеслу. Основными аргументами для такого утверждения служат следующие:

  • очень высокая скорость гравировки, доходящая до 700 мм/с;
  • несравненно более высокое качество готового изображения, обусловленное тонкостью луча и прецизионной точностью его позиционирования (отклонения от заданных координат колеблются в диапазоне ± 0,01 мм);
  • неограниченный срок службы гравировки, что означает, что контуры рисунка не потеряют своей четкости при интенсивном использовании даже по прошествии многих лет (речь идет, например, о часах или зажигалках);
  • широкий ассортимент материалов, доступных для декорирования;
  • компьютерное управление всем процессом экономит время и полностью исключает ошибки, которые может допустить человек;
  • в силу того, что лазерная гравировка наносится бесконтактным методом, изделия не нуждаются в фиксации, что, во-первых, экономит средства на приобретение крепежных устройств, а, во-вторых, не повреждает поверхность материала;
  • высокая степень детализации при нанесении небольших изображений или тех, которые имеют большое количество мелких элементов;
  • идеально гладкие края и стенки изображения после однократного прохода луча. Нет потребности в дополнительной постобработке, отсутствуют небольшие впадины, характерные для фрезы и прочих металлических инструментов;
  • лазер не оказывает физического воздействия на материалы, поэтому им можно безбоязненно гравировать даже хрупкие, склонные к сколообразованию и растрескиванию материалы, например, стекло;
  • нет необходимости в покупке большого количества инструментов;
  • низкий уровень шума и пылеобразования.

Принцип работы лазерного гравировального станка

Ввиду того, что лазерно-гравировальные аппараты являются автоматизированным оборудованием, то есть, управлением всеми процессами занимается компьютер (внешний или встроенные элементы), работа таких устройств начинается с создания управляющей программы для них.

Оптоволоконный лазерный гравер по металлу в процессе работы

Эскиз будущего изображения рисуется в каком-либо графическом редакторе, после чего в CAM-системе на его основании создается файл, в котором прописаны все этапы прохождения лазерного луча для воспроизведения картинки и т. д. Этот файл и называется управляющей программой, в которой указывается точка начала гравировки, скорость перемещения инструмента, глубина его погружения в материал и многое другое. Программу запускают на компьютере, подсоединенном к граверу или сохраняют на флеш-карту, которую затем вставляют непосредственно в станок.

Само лазерное оборудование может быть оптоволоконным, предназначенным для гравировки металлов, или углекислотным, подходящим для работы с любыми другими материалами (пластик, дерево, резина, сукно, картон и т. д.).

В волоконном гравере луч создается путем активации кварца, легированного редкоземельным покрытием, путем накачки, поступающей от диодных ламп. Кварцевая сердцевина заключена в оболочку из оптического волокна, закрытую снаружи гибким и плотным пластиковым или иным корпусом. После включения источников накачки в волоконном кабеле начинается генерация лазерных частиц, часть из которых выходит наружу с одной из сторон.

CO-2 гравер имеет в основе запаянную стеклянную колбу, в которую под давлением закачана смесь из нескольких газов, склонных к ионизации под воздействием электрических импульсов. Разряды поступают внутрь от блока розжига, подсоединенного к трубке, и активируют газовую среду, в результате чего начинается процесс лазерообразования.

Лазерный поток, выходящий из оптоволокна или газовой трубки, попадает на фокусирующую линзу (в случае с CO-2 излучателем, он сначала проходит через оптическую систему из трех отражающих зеркал), которая сужает его до требуемых параметров, превращая в световое пятно на поверхности материала. Из-за малого диаметра, концентрация температуры и мощности излучения в точке реза очень высока, поэтому луч за доли секунды выжигает поверхностный слой материала на заданную глубину. Перемещаясь с высокой скоростью, он шаг за шагом воссоздает на изделиях требуемое изображение.

Детальный видеообзор на профессиональный лазерный станок Wattsan 6040. Внутренее устройство и технические характеристики оборудования.

Побывали в гостях на производстве предприятия «АЛЬТАИР», которое успешно занимается производством деревянных игрушек и сувенирной продукции.

Видео с производства компании Пластфактория — наш уже постоянный клиент, который занимается POS-материалами и работает с крупными косметическими брендами.

Источник

Читайте также:  Топ лучших токарных станков по дереву
Оцените статью