Volba výkonu CNC gravírovacího laseru - 6W, 15W, nebo 45W?

Při úvahách o použití modrého laseru pro řezání a gravírování dřeva je často potřeba rozhodnout o jeho výkonu. Laser s výkonem 6 W, například PLH3D-XT-50, nabízí kompromis mezi rychlostí a přesností. Tento laser je schopen gravírovat obrazy v Ultra HD rozlišení a zároveň umožňuje řezání při maximální rychlosti populárních CNC strojů.

Taková úroveň přesnosti však vyžaduje stroj, který je nejen velmi přesný, ale také má dostatečnou tuhost pro pracovní rychlosti zajišťující vysokou opakovatelnost trasy po změně směru pohybu hlavy. Také méně výkonný CNC laser potřebuje k dokončení gravírování více času, protože obrazy s vysokým rozlišením jsou tvořeny větším počtem tenčích linií a zvětšení průměru bodu (pixelu) znamená pomalejší pohyb hlavy.

Laserová hlava PLH3D-XF+ 6W je méně přesná, na oplátku však umožňuje rychlejší práci díky větší velikosti pixelu. Například může rychle vytvořit obraz o rozměrech 30x30 cm složený z pixelů o velikosti půl milimetru. Efektivní rozlišení je 600x600 pixelů (celkem 360 tisíc bodů), zatímco při práci s pixelem o velikosti 0,1 mm by šlo o obraz s rozlišením 9 milionů pixelů (3000x3000). To je značný rozdíl, zejména co se týče času gravírování, zatímco větší velikost pixelu (a nižší rozlišení) bude patrná pouze ze vzdálenosti menší než 1–2 metry.

Laserová hlava 15 W je hlavou s trojicí laserových diod, používá precizní optické čočky a má nejvyšší hustotu optického výkonu mezi konkurenty. PLH3D-15W má stejný průměr svazku jako PLH3D-6W-XF+ s vylepšenou uSpot čočkou, avšak třikrát vyšší optickou hustotu výkonu, což ji činí ideální pro rychlé řezání dřeva.

Model PLH3D-XT8 disponuje bezkonkurenčním optickým výkonem 45 W, což umožňuje snadné řezání silného dřeva (až do 20 mm). Zároveň je tento laser schopen gravírovat obrazy ve vysokém rozlišení. Díky vynikající hloubce ostření dokáže zvládat nerovnosti povrchu bez nutnosti neustálých úprav. XT8 je neocenitelným nástrojem pro řezání dřeva a dřevěných materiálů laserem.

Vlastnosti materiálu

Řezání a gravírování dřeva pomocí CNC laseru závisí na typu dřeva, jeho tvrdosti, stejně jako na dalších parametrech, jako je vlhkost nebo textura. Nejlépe řezatelnými materiály laserem jsou balsa a letecká překližka. Překližka je tvořena dvěma vrstvami mírně tvrdšího dřeva a výplní – obvykle balsou. Řezání těchto materiálů je nejméně problematické a proces je vysoce opakovatelný, protože dřevo nemá suky a má pěnovou, homogenní strukturu. Při výběru materiálu vhodného k řezání či gravírování laserem je vhodné zkontrolovat jeho jednotnost. Některé varianty balsy jsou levnější, ale mohou obsahovat třísky tvrdšího dřeva, které jsou obtížněji řezatelné CNC laserem. Podobné zásady platí i pro leteckou překližku.

Jiné typy materiálů jsou masivní dřevo a tvrdá překližka, například používané na výrobu okenních rámů. Tvrdost dřeva a u překližky též lepidla činí tyto materiály méně vhodnými k řezání pomocí diodových laserů. Při opracování pomocí laserového řezače dřeva vzniká usazenina podobná uhlíku, která je černá a křehká. Příliš pomalé řezání takového materiálu způsobí, že dřevo pokryje tato usazenina, což ještě více zpomaluje řezání, a dřevo v okolí pracovního prostoru laseru je horké a tmavne. Je proto nezbytné řezat tvrdé materiály vysokou rychlostí, odstraňovat pouze tenké vrstvy. Tím se usnadní odstranění malého množství řezaného dřeva a zabrání se přehřívání, tmavnutí a vzniku nežádoucích usazenin. Můžete také využít naši vysokotlakou vzduchovou trysku Air-Assist, která sníží opalování a zrychlí proces řezání a gravírování dřeva až 6,5násobně oproti běžné rychlosti.

Volba materiálu a příprava povrchu

Výsledek gravírování závisí výrazně na druhu dřeva. Je třeba vzít v úvahu několik parametrů.

Letokruhy a uniformita povrchu. Pro nejlepší výsledky gravírování je obvykle třeba použít materiál s homogenní barvou. Při gravírování ve stupních šedi pamatujte, že tmavší povrch absorbuje více energie laseru (současně však snižuje kontrast obrazu). Všechny letokruhy, které jsou tmavší, absorbují více světla a více se zahřívají, i při sníženém výkonu laseru. Výsledný obraz tak bude v těchto místech tmavší, což znamená, že vygravírovaný obraz bude mít nežádoucí barevné odchylky. Letokruhy zůstanou viditelné, podobně jako obraz staré tapety přetřené poloprůsvitnou barvou.

Dřevěné materiály. MDF desky mají povrch, který dobře vykresluje odstíny šedi. Tyto materiály postrádají kouzlo přírodního dřeva, nemají letokruhy, které dodávají vygravírovaným obrazům unikátní charakter, ale na oplátku zajišťují spolehlivé a vysoce konzistentní podání tónů. Bohužel, běžné MDF desky jsou hnědé nebo tmavě hnědé, takže na nich gravírované obrazy nebudou mít vysoký kontrast či jasné barvy. Pamatujte také, že gravírování na dřevovláknitých deskách a MDF způsobuje vznik jedovatých výparů.

Tvrdost dřeva. Gravírování tvrdého dřeva obvykle povrch zásadně neovlivní. U měkkého dřeva – zejména u tmavších oblastí obrazu, které budou zasaženy výkonnějším paprskem – však dochází ke spálení do výrazné hloubky materiálu. Tento efekt bude obzvlášť viditelný u letecké překližky či balsy. Navíc budou tmavé oblasti pokryty křehkou, rozmazávající se usazeninou, která snadno zašpiní opracovaný povrch.

Příprava povrchu. Vyplatí se připravit povrch dřeva (například brusným papírem) pro zajištění rovinatosti, tedy konstantní vzdálenosti mezi laserovou hlavou a opracovávaným materiálem. Toto je jeden ze základních požadavků určujících kvalitu výsledných odstínů šedi. Nerovný povrch způsobí nejen lokální změny zaostření svazku a tím i hustoty energie použité k vypálení obrazu, ale také změny velikosti světelného bodu, což se promítne do výsledné velikosti pixelu. To znamená, že na nerovném materiálu nelze dosáhnout jednotných a opakovatelných odstínů šedi.

Rychlost vs výkon

Jemné doladění laserového bodu pro gravírování dřeva laserem

Pro dosažení vysoké rychlosti gravírování je nutné správně zaostřit laserový paprsek. K tomu můžete využít jednu ze dvou základních metod. První umožňuje získat co nejmenší velikost bodu a tím nejvyšší hustotu výkonu. Velmi malá plocha bodu zajišťuje, že hustota výkonu – spočítaná jako výkon dělený povrchem – dosahuje nejvyšší úrovně, což umožňuje nejrychlejší pracovní rychlost. Kalibrace by měla začít gravírováním několika linií při různých vzdálenostech hlavy a ve směru obou os pohybu stroje. Poté zvolte nastavení, která vedla k nejtenčím liniím v rastru. Tato metoda má nevýhodu – bod nebude čtvercový, což vyplývá z vlastností optiky laserové hlavy, která promítá světlo laserové diody na povrch dřeva. Zaoblený tvar bodu není optimální pro gravírování obrazů založených na pixelech.

Software dostupný pro CNC stroje může být vybaven funkcí volby typu bodu, stejně jako způsobu laserového gravírování, např. zleva doprava, shora dolů nebo diagonálně. Naše zkušenosti ukazují, že nejlepších výsledků lze dosáhnout v diagonálním režimu. To zajišťuje nejrovnoměrnější odstíny. Na okrajích bodu je hustota výkonu mírně nižší než ve středu, takže v diagonální metodě se stopy po laseru nepatrně překrývají, což zabraňuje vzniku výrazných hran obrazových linií i mezer mezi nimi.

V další, již zmíněné metodě zaostřování paprsku se snažíme získat čtvercový laserový bod odpovídající velikosti pixelu. Pro použití této techniky nejdříve gravírujte malé čtverce při různých vzdálenostech laserové hlavy a vyberte nastavení, která vedla k čtvercům se stranami stejné tloušťky. Tímto způsobem bude CNC laser gravírovat linie konstantní tloušťky, bez ohledu na směr pohybu (horizontální či vertikální).

Rychlost gravírování laserem dosažená druhou metodou bude poněkud nižší než u diagonální techniky, ovšem výsledkem je odlišný vizuální efekt. Ačkoliv má každá z popsaných metod své výhody i nevýhody, žádnou nelze považovat za lepší či horší než druhou. Uživatel by měl samostatně vyzkoušet každou techniku a rozhodnout, která nejlépe vyhovuje jeho potřebám.

Gravírování dřeva upraveného jedlou sodou

Úprava kusu dřeva, které chcete gravírovat laserem, vám může pomoci přidat větší hloubku obrazu.

Jak připravit vaše dřevo

Na začátek musíte rozhodnout, jaký typ dřeva je vhodný pro vaše účely. MDF se obecně nedoporučuje kvůli vysokému obsahu lepidla. Multiplexové dřevo, například březová překližka, je naopak mnohem vhodnější. Pro dosažení nejlepších výsledků se doporučuje připravit kus rovné, hladké a přebroušené překližky. Ideálně byste měli kus překližky před aplikací jedlé sody přebrousit.

Jak připravit váš obraz

Ujistěte se, že fotografie je ostrá a ve vysoké kvalitě. Můžete například použít fotografii s minimálním rozlišením 350 DPI a s rozměrem alespoň 3000 na 3000 bodů. Fotografie s nízkou kvalitou je třeba se vyvarovat, jinak bude gravírovaný obraz rozmazaný. Můžete použít techniku odstínů šedé.

Úprava jedlou sodou

Pro přípravu směsi na úpravu smíchejte 4 polévkové lžíce jedlé sody s 500 ml vody. Dobře promíchejte a nalijte do rozprašovače. Následně ji rovnoměrně nastříkejte na dřevo a nechte schnout 24 hodin. Po řádném vyschnutí si všimnete, že dřevo získalo reflexní povlak.

Reflexní povlak můžete odstranit orbitální bruskou a brusným papírem zrnitosti 320, abyste znovu získali rovný a hladký povrch. Poté použijte vysavač s kartáčem k vysátí právě broušeného povrchu. Je potřeba zajistit, že ve dřevě nezůstanou žádná bílá místa.

Jakmile převedete vybranou fotografii do odstínů šedé a zkalibrujete pracovní vzdálenost, položte kus dřeva tak, aby letokruhy byly kolmé ke směru gravírování laserem.

Poté můžete začít gravírovat do dřeva. Stojí za zmínku, že díky úpravě jedlou sodou bude výkon laseru, na který jste zvyklí, gravírovat dřevo způsobem, jakého by normálně dosáhl nižší výkonem.

Je dobré připravit si testovací materiál, na kterém ověříte, jaký výkon a rychlost laseru přinese uspokojivé výsledky. Můžete gravírovat jen několik milimetrů a zjistit, zda se vám odstín gravury líbí. Tento test lze provést pro několik různých obrázků. Měli byste se zaměřit na nejtmavší části gravírovaného obrazu a použít je jako referenční bod pro nalezení ideálních parametrů.

Jakmile určíte parametry potřebné k dosažení požadovaného barevného odstínu, můžete začít gravírovat finální kus laserem.

Když je gravírovaný obraz hotov, vždy na něm zůstanou zbytky popela. Můžete je ofouknout, ale není to nezbytné. Pro zafixování obrazu byste měli nanést několik vrstev ochranného nátěru na fotografii. Toto by mělo být provedeno ve velmi tenkých vrstvách a mezi jednotlivými vrstvami je nechte důkladně zaschnout. Jakmile nanesete tři tenké vrstvy laku a kus řádně vysušíte, můžete fotografii držet v ruce.

Výsledky získané tímto způsobem jsou uvedeny níže:

Vzhledem k závažným zdravotním rizikům vyžaduje zpracování materiálů s výkonnými CNC lasery dodržování několika bezpečnostních pravidel:

• Při práci vždy noste ochranné brýle a věnujte zvláštní pozornost nejen svazku světla vycházejícímu z hlavy, ale také odraženým a rozptýleným laserovým paprskům.
• Důrazně se doporučuje instalovat na stroj přídavné kryty, které usnadní ventilaci, takže můžete odtáhnout kouř z místnosti, a zároveň poskytují dodatečnou ochranu proti rozptýlenému laserovému záření.
• Je důležité očistit povrch dřeva, které se bude zpracovávat, od veškerých prachových částic, například navlhčeným hadříkem. Tímto způsobem při gravírování laserem zabráníte vznícení drobných částic materiálu a dřevního prachu.
• Protože dřevo je hořlavý materiál, který při zpracování uvolňuje velké množství kouře, měla by být vaše dílna dobře větraná.
• Zpracování překližky, dřevotřísky nebo MDF může způsobit, že lepidla obsažená v materiálu se přemění na toxické výpary.

Rádi bychom vyjádřili zvláštní poděkování Andre Alexanderu Wijnovi za přípravu základů sekce „Gravírování dřeva upraveného jedlou sodou“, která zahrnovala zjišťování a testování způsobu laserového gravírování dřeva upraveného jedlou sodou, poskytnutí vizuálních materiálů a sepsání úvodního textu k této sekci, který byl následně upraven a editován naším Web Development Teamem. Dále děkujeme Paulovi Deutschovi (navštivte prosím jeho facebookovou skupinu PLDesigns) za poskytnutí fotografie „Speed versus Power“ v sekci Laserové gravírování do dřeva.