Kaiverruslaserin tehon valinta – 6W, 15W tai 45W?

Kun harkitset sinilaseria puun leikkaukseen ja kaiverrukseen, sinun on usein päätettävä sen tehosta. 6W laser, kuten PLH3D-XT-50, tarjoaa tasapainon nopeuden ja tarkkuuden välillä. Tämä laser kykenee kaivertamaan kuvia Ultra HD -tarkkuudella ja leikkaamaan suosittujen CNC-koneiden maksiminopeudella.

Tällainen tarkkuustaso vaatii kuitenkin koneelta paitsi erittäin tarkkaa myös jäykkää rakennetta, joka soveltuu nopeuksiin, jotka takaavat jäljen korkean toistettavuuden pään suunnanvaihdon jälkeen. Lisäksi heikkotehoinen CNC-laser tarvitsee enemmän aikaa kaiverruksen suorittamiseen, koska korkearesoluutioiset kuvat muodostuvat suuremmasta määrästä ohuempia viivoja, ja pistekoon (pikselin) kasvattaminen tarkoittaa hitaampaa pään liikettä.

PLH3D-XF+ 6W laserpää on vähemmän tarkka, mutta mahdollistaa nopeamman työskentelyn suuremman pikselikoon ansiosta. Se voi esimerkiksi nopeasti tuottaa 30x30 cm kuvan, joka koostuu puolimillin pikseleistä. Tehokas resoluutio on 600x600 pikseliä (yhteensä 360 000 pistettä), kun taas 0,1 mm pikselillä kuva olisi 9 miljoonaa pikseliä (3000x3000). Tämä on merkittävä ero varsinkin kaiverrusaikaa ajatellen, ja suurempi pikselikoko (ja matalampi resoluutio) näkyy vain, jos kuvaa katsotaan lähempää kuin 1–2 metriä.

15W laserpää on kolmen laserdiodin pää, joka käyttää tarkkuusluokan optiikkaa ja omaa korkeamman optisen tehopisteen tiheyden kuin vastaavat laitteet. PLH3D-15W:ssa on sama säteen pistekoko kuin PLH3D-6W-XF+:ssa uSpot-linssipäivityksellä, mutta kolme kertaa suurempi tehopisteen tiheys, mikä tekee siitä erinomaisen nopeaan puunleikkaukseen.

PLH3D-XT8:lla on ainutlaatuinen 45W optinen teho, mikä mahdollistaa jopa 20 mm paksun puun leikkaamisen helposti. Samalla tämä laser kykenee kaivertamaan korkean resoluution kuvia. Erinomaista syväterävyyttä hyödyntäen se selviytyy pintojen epätasaisuuksista ilman jatkuvaa tarkennuksen säätöä. XT8 on korvaamaton työkalu puun ja puupohjaisten materiaalien laserleikkauksessa.

Materiaalin ominaisuudet

Puun leikkaus ja kaiverrus CNC-laserilla riippuu puulajista, kovuudesta sekä muista parametreista kuten kosteus ja rakenne. Helpoimmin leikattavia materiaaleja ovat balsapuu ja lentokonevaneri. Vaneri koostuu kahdesta hieman kovemmasta puukerroksesta ja täyteaineesta – yleensä balsasta. Näiden materiaalien laserleikkaus on vähiten ongelmallista ja prosessi erittäin toistettava, koska puussa ei ole oksakohtia ja rakenne on vaahtomainen ja yhtenäinen. Kun valitset laserleikkaukseen tai -kaiverrukseen soveltuvaa materiaalia, kannattaa tarkistaa materiaalin homogeenisuus. Jotkin edullisemmat balsavaihtoehdot saattavat sisältää kovemman puun tikkuja, joita on vaikeampi leikata CNC-laserilla. Samat ohjeistukset koskevat lentokonevaneria.

Muita materiaalilajeja ovat massiivipuu ja kovapintainen vaneri, joita käytetään esimerkiksi ikkunoiden karmirakenteissa. Puiden kovuus ja vanerin tapauksessa liima-aineet tekevät näistä materiaaleista vähemmän ihanteellisia diodilaserleikkaukseen. Käsiteltäessä laserpuuleikkurilla syntyy hiilimäinen musta ja hauras laskeuma. Liian hidas leikkaus saa aikaan, että puu peittyy tähän jäämään, mikä hidastaa leikkausta entisestään, ja puu laserin työstöalueella kuumenee ja tummenee. Kovien materiaalien oikea tapa on leikata suurella nopeudella, poistaen vain ohuita kerroksia kerrallaan. Näin sahalastut on helppo poistaa, vältetään ylikuumeneminen, tummuminen ja ei-toivottujen jäämien synty. Voit myös käyttää High Pressure Air-Assist Nozzle -suutinta, joka vähentää palamista ja nopeuttaa puun leikkaus- ja kaiverrusprosessia jopa 6,5-kertaiseksi normaalinopeuteen verrattuna.

Materiaalin valinta ja pinnan esikäsittely

Kaiverruksen lopputulos riippuu vahvasti puulajista. Useita parametreja on otettava huomioon.

Kehitysrengasrakenne ja pintahomogeenisuus. Parhaan kaiverrusjäljen saadaksesi tarvitset homogeenisen väristä materiaalia. Kun kaiverrat harmaasävyillä, muista että tummempi pinta absorboi enemmän lasertehoa (ja samalla vähentää kuvan kontrastia). Kaikki kasvurenkaat, jotka ovat tummempia, absorboivat enemmän valoa ja kuumenevat voimakkaammin myös matalammalla laserin teholla. Lopullinen kuva on tummempi näissä kohdissa, eli kaiverretusta kuvasta tulee epätasaisesti värjäytynyt. Kasvurenkaat pysyvät näkyvissä kuten vanhassa tapetissa ohut värikerros päällä.

Puupohjaiset materiaalit. MDF-levyillä saadaan hyvä harmaasävyjen toisto. Näissä materiaaleissa ei ole luonnonpuun omaa viehättävyyttä, eivätkä kasvurenkaat tuo yksilöllisyyttä kuvaan, mutta vastineeksi tulos on erittäin toistettavaa ja tasalaatuista. Valitettavasti MDF on yleensä ruskeaa tai tummanruskeaa, joten siihen kaiverretut kuvat eivät ole korkean kontrastin tai kirkkaita. Huomaa myös, että kuitulevyihin ja MDF:iin kaivertaessa syntyy myrkyllisiä kaasuja.

Puun kovuus. Yleensä kovapuiden kaiverrus ei muuta pintaa merkittävästi. Pehmeissä puissa – etenkin kohdissa, joita käsitellään suuremmalla teholla – muodostuu selvästi syvempi palojälki. Palamisvaikutus on erityisen näkyvä lentokonevanerilla ja balsalla. Lisäksi tummat alueet peittyvät hauraaseen ja tahraavaan jäämään, joka helposti sotkee käsitellyn pinnan.

Pinnan valmistelu. Puupinnan viimeistely (esim. hiomalla) tasaiseksi kannattaa, jotta laserpään ja työstettävän pinnan välinen etäisyys pysyy vakiona. Tämä on oleellinen edellytys harmaasävyjen tasaiselle laadulle. Epätasainen pinta aiheuttaa säteen tarkennuksen sekä energian tiheyden vaihtelua, samoin kuin valopisteen koon muutoksia, mikä vaikuttaa pikselin kokoon. Näin ollen homogeenisia ja toistettavia harmaasävyjä ei voida saada epätasaisella materiaalilla.

Nopeus vs teho

Laserpisteen hienosäätö puun laserkaiverrukseen

Suuren kaiverrusnopeuden saavuttamiseksi laserin polttopiste on kohdennettava oikein. Tässä voidaan käyttää kahta perustekniikkaa. Ensimmäinen mahdollistaa mahdollisimman pienen polttopisteen halkaisijan ja siten korkeimman tehotiheyden. Erittäin pieni polttopinta-ala varmistaa, että tehotiheys – laskettuna teho jaettuna pinta-alalla – saavuttaa korkeimman tason, mahdollistaen nopeimman työnopeuden. Kalibrointi tulisi aloittaa kaivertamalla useita viivoja eri pään etäisyyksillä ja molempien koneen liikeakseleiden suuntaisesti. Valitse sitten asetukset, jotka tuottivat verkon ohuimmat viivat. Tällä menetelmällä on kuitenkin haittapuoli – polttopiste ei ole neliö, mikä johtuu laserpään optiikan ominaisuuksista, jotka projisoivat laserdiodin säteen puupinnalle. Pyöreä polttopisteen muoto ei ole optimaalinen pikselipohjaisten kuvien kaivertamiseen.

CNC-koneille saatavilla oleva ohjelmisto voi sisältää ominaisuuden polttopisteen tyypin sekä laserkaiverrustavan valitsemiseen, esimerkiksi vasemmalta oikealle, ylhäältä alas tai diagonaalisesti. Kokemuksemme mukaan parhaat tulokset saavutetaan diagonaalitilassa. Tämä takaa tasaisimmat sävyt. Polttopisteen reunoilla tehotiheys on hieman alhaisempi kuin keskellä, joten diagonaalimallissa laserin jättämät jäljet menevät hieman päällekkäin, mikä estää kuvaviivojen selkeiden reunojen sekä väliin jäävien rakosten muodostumisen.

Toisessa, jo mainitussa polttotekniikassa pyritään tuottamaan neliömäinen polttopiste, joka vastaa pikselin kokoa. Tätä tekniikkaa varten kaiverra ensin pieniä neliöitä eri laserpään etäisyyksillä ja valitse asetukset, jotka tuottivat tasapaksut sivut omaavat neliöt. Näin CNC-laser kaivertaa samanpaksuiset viivat riippumatta liikesuunnasta (vaaka- tai pystysuora).

Tällä jälkimmäisellä tekniikalla saavutettava laserkaiverrusnopeus on hiukan hitaampi verrattuna diagonaalitekniikkaan, mutta lopputulos on ulkonäöllisesti erilainen. Vaikka kummallakin kuvatulla menetelmällä on omat vahvuutensa ja heikkoutensa, kumpaakaan ei voi pitää toista parempana tai huonompana. Käyttäjän tulee testata kumpikin tekniikka itsenäisesti ja päättää, kumpi vastaa hänen tarpeitaan parhaiten.

Ruokasoodakäsitellyn puun laserkaiverrus

Puukappaleen käsittely ennen laserkaiverrusta voi auttaa lisäämään kuvallista syvyyttä.

Puun esikäsittely

Ensiksi tulee päättää, minkä tyyppinen puu soveltuu tarkoituksiisi. MDF-levyä ei yleensä suositella korkean liimapitoisuuden vuoksi. Monikerrosvaneri, esimerkiksi koivuvaneri, on paljon paremmin tähän prosessiin soveltuva. Parhaan tuloksen saavuttamiseksi on suositeltavaa valmistella pala tasaista, sileää ja hiottua vaneria. Iduleellisesti puu tulisi hioa ennen ruokasoodakäsittelyä.

Kuvan esikäsittely

Varmista, että kuva on tarkka ja korkealaatuinen. Voit esimerkiksi käyttää kuvaa, jonka tarkkuus on vähintään 350 DPI ja koko yli 3000 x 3000. Heikkolaatuisia kuvia tulisi välttää, sillä kaiverrettu kuva voi muuten olla sumea. Voit hyödyntää harmaasävytekniikkaa.

Ruokasoodakäsittely

Sekoituksen valmistamiseksi yhdistä 4 ruokalusikallista ruokasoodaa 500 ml vettä. Sekoita hyvin ja siirrä seos sumutepulloon. Suihkuta puupinnalle tasaisesti ja anna kuivua 24 tuntia. Kuivuttuaan puuhun ilmestyy heijastehuntu.

Heijastehunnun voi poistaa värinättä hiomakoneella ja 320-karkeuksisella hiomapaperilla, jotta saadaan uudelleen tasainen ja sileä pinta. Tämän jälkeen pöly poistetaan harjallisella imurilla. On varmistettava, että puupintaan ei jää valkoisia läiskiä.

Kun kuva on muunnettu harmaasävyksi ja työskentelyetäisyys kalibroitu, aseta puukappale puusyy poikittain kaiverrussuunnasta nähden.

Tämän jälkeen voit aloittaa puukaiverruksen. On syytä huomata, että ruokasoodakäsittelyn vuoksi normaalisti käyttämäsi laserin teho kaivertaa puuta kuten alhaisemmalla teholla yleensä tekisi.

On hyvä käytäntö valmistaa testimateriaali, jolla testataan ensin, millä laserin teholla ja nopeudella saadaan tyydyttävät tulokset. Voit kaivertaa vain muutaman millimetrin ja arvioida, pidätkö lopputuloksen sävystä. Tätä testiä kannattaa tehdä usealla eri kuvalla. Huomiota tulee kiinnittää kaiverretun kuvan tummimpiin osiin ja käyttää niitä vertailupisteenä optimaalisten parametrien löytämiseksi.

Kun olet määrittänyt parametrit, joilla saavutetaan haluttu värisävy, voit aloittaa lopullisen laserkaiverruksen.

Kun laserkaivertaminen on valmis, kaiverretulle pinnalle jää yleensä hieman tuhkaa. Sen voi puhaltaa pois, mutta se ei ole välttämätöntä. Kuvan suojaamiseksi siihen tulisi levittää useita ohuita lakkakerroksia, joiden välillä tulee antaa pinnan kuivua kunnolla. Kun 3 ohutta lakkaa on levitetty ja kappale on kuivunut kunnolla, kuvaa voi käsitellä käsin.

Alla näkyvät saadut tulokset:

Vakavien terveysriskien vuoksi suuritehoisten CNC-laserien materiaalinkäsittely vaatii seuraavien turvallisuusohjeiden noudattamista:

• Käytettäessä tulee aina käyttää suojalaseja ja kiinnittää erityistä huomiota paitsi suoraan pään läpi kulkevaan valonsäteeseen myös heijastuneisiin ja hajonneisiin lasersäteisiin.
• On erittäin suositeltavaa asentaa koneeseen lisäsuojuksia, jotka helpottavat ilmanvaihtoa ja mahdollistavat savun poiston ulos työtilasta sekä tarjoavat lisäsuojan hajonneelta lasersäteilyltä.
• Käsiteltävä puupinta tulee puhdistaa pölyhiukkasista, esimerkiksi kostealla liinalla. Näin laserkaiverruksen aikana vältetään materiaalin ja puupölyn syttyminen.
• Koska puu on helposti syttyvää ja tuottaa paljon savua, työtilan tulee olla hyvin tuuletettu.
• Viilun, lastulevyn tai MDF:n käsittely voi muuttaa materiaalin sisältämien liimojen kaasumaiset hajoamistuotteet myrkyllisiksi.

Haluamme osoittaa erityiskiitokset Andre Alexander Wijnille "Ruokasoodakäsitellyn puun laserkaiverrus" -osion perustan luomisesta, mukaan lukien sen selvittäminen ja testaaminen, miten ruokasoodakäsiteltyä puuta kaiverretaan laserilla, visuaalisen materiaalin toimittaminen sekä osion alkuperäisen tekstin kirjoittaminen, jota Web Development -tiimimme myöhemmin muokkasi ja täydensi. Kiitämme myös Paul Deutschia (käy hänen Facebook-ryhmässään PLDesigns) Speed versus Power -kuvan toimittamisesta "Laser Engraving in Wood" -osioon.