Fa vágása és gravírozása CNC lézerekkel
Mielőtt elkezdené a fa lézervágását és gravírozását
A CNC gravírozólézer teljesítményének megválasztása – 6W, 15W vagy 45W?
Amikor kék lézert fontolgat fa vágáshoz és gravírozáshoz, gyakran a teljesítményéről kell dönteni. A 6W-os lézer, mint például a PLH3D-XT-50, egyensúlyt kínál a sebesség és a precizitás között. Ez a lézer képes Ultra HD felbontásban képeket gravírozni, miközben a népszerű CNC gépek maximális sebességével is képes vágni.
Az ilyen mértékű precizitáshoz azonban olyan gépre van szükség, amely nemcsak nagyon pontos, hanem megfelelő merevséggel is rendelkezik az olyan munkasebességhez, amely garantálja a nagy ismételhetőséget akkor is, amikor a fej irányt vált. Emellett a kisebb teljesítményű CNC lézerrel több időbe telik a gravírozás befejezése, mivel a nagy felbontású képek több, vékonyabb vonalból állnak, a pontméret (pixel) növelése esetén pedig lassabb fejmozgás szükséges.
A PLH3D-XF+ 6W-os lézerfej kevésbé precíz, de cserébe nagyobb pixelméretének köszönhetően gyorsabb működést tesz lehetővé. Például gyorsan képes előállítani egy 30x30 cm-es képet, ami félmilliméteres pixelekből épül fel. A tényleges felbontás 600x600 pixel (összesen 360 ezer pont), míg 0,1 mm-es pixellel dolgozva 9 millió pixeles (3000x3000) lenne a kép. Ez jelentős különbség, különösen a gravírozási időt tekintve, és a nagyobb pixelméret (alacsonyabb felbontás) csak 1-2 méternél közelebbről lesz észrevehető.
A 15 W-os lézerfej három lézerdiódából épül fel, precíziós lencsékkel, és az ekvivalens fejek közül a legmagasabb optikai teljesítménysűrűséggel rendelkezik. A PLH3D-15W ugyanakkora sugárfoltot ad, mint a PLH3D-6W-XF+ uSpot Lencsefrissítéssel, de háromszor nagyobb teljesítménysűrűséggel, így ideális a gyors fakivágáshoz.
A PLH3D-XT8 páratlan, 45W optikai teljesítményt nyújt, így vastag faanyag (akár 20mm) vágása is egyszerű feladattá válik. Ugyanakkor képes nagy felbontású képeket gravírozni. Kiemelkedő fókuszmélysége révén kezelni tudja a felület egyenetlenségeit állandó beállítás nélkül. Az XT8 felbecsülhetetlen eszköz a fa és faalapú anyagok lézervágásához.
Hasonlítsa össze lézeres frissítéseinket, és válassza az Önnek legmegfelelőbbet
PLH3D-XT-50
Precíziós gravírozás
- 6 W optikai teljesítmény
- Ultra HD 550 DPI – 45 μm spotméret
- Maximális fa vágás (1 menet): 3 mm (⅛")
- Ideális finom gravírozáshoz és összetett részletekhez
- Egyszerű Plug & Play készlet kézikönyvekkel
PLH3D-XT8
Nagy teljesítményű vágás és gravírozás
- 45 W optikai teljesítmény
- HD 125 DPI – 180 μm spotméret
- Maximális fa vágás (1 menet): 20 mm (¾")
- Ideális nagysebességű gravírozáshoz és mély vágásokhoz
- Fa gravírozása 350 mm/s (827 inch/min)
- Rétegelt lemez vágása 22.5 mm/s (53.1 inch/min)
- Egyszerű Plug & Play készlet kézikönyvekkel
PLH3D-XF+
Belépő szintű megoldás
- 6 W optikai teljesítmény
- Standard 85 DPI – 300 μm spotméret
- Maximális többlépéses fa vágás: 3 mm (⅛")
- Tökéletes hobbifelhasználásra és kisebb kreatív projektekhez
- Egyszerű Plug & Play készlet kézikönyvekkel
Az anyag tulajdonságai
A fa CNC lézeres vágása és gravírozása a fa típusától, keménységétől, valamint egyéb paraméterektől – például nedvességtartalom, vagy textúra – függ. A legkönnyebben vágható anyagok a balsa és a repülőgéppapír rétegelt lemez. A rétegelt lemez két réteg kissé keményebb fából és egy töltő rétegből - jellemzően balsából - áll. Ezeknek az anyagoknak a lézervágása a legkevésbé problémás, a folyamat rendkívül ismételhető, mivel a fában nincs csomó, habszerű, homogén szerkezete van. Lézervágásra vagy gravírozásra javasolt anyag kiválasztásakor ellenőrizni kell az anyag homogenitását. Egyes olcsóbb balsafa fajták tartalmazhatnak keményebb fa szilánkokat, amelyek CNC lézerrel nehezebben vághatók. Hasonló elvek vonatkoznak a repülőgéppapír rétegelt lemezre is.
Más típusú anyagok a tömörfa és a kemény rétegelt lemez, mint például ablakkeretek készítéséhez használt anyagok. A fa keménysége és, rétegelt lemeznél a ragasztók miatt ilyen anyagokat kevésbé lehet optimálisan vágni diódás lézerekkel. Lézervágás során lézervágó berendezéssel széntartalmú, fekete és rideg lerakódás képződik. Ha túl lassan vágunk ilyen anyagot, a lerakódás eltakarja a vágandó fát, lelassítva a vágást, a lézer működési területének közelében pedig a fa felmelegszik és elsötétedik. Ezért a kemény anyagot magas sebességgel kell vágni, mindig csak vékony rétegeket eltávolítva. Így könnyen eltávolíthatók a vágott forgácsok, és elkerülhető a túlmelegedés, elsötétedés, valamint a nem kívánt lerakódások képződése. Használhatja High Pressure Air-Assist Nozzle fúvókánkat is, hogy csökkentse a szenesedést és felgyorsítsa a fa vágását és gravírozását akár 6,5-szörösére a normál sebességhez képest.
Az anyag kiválasztása és a felület előkészítése
A gravírozás eredménye nagyban függ a fa típusától. Számos tényezőt kell figyelembe venni.
Évgyűrűk és felületi homogenitás. Általában a legjobb gravírozási eredményekhez homogén színű anyag szükséges. Szürkeárnyalatos gravírozásnál figyelembe kell venni, hogy a sötétebb felület több lézerenergiát nyel el (egyúttal csökkenti a kép kontrasztját). Minden évgyűrű, mivel sötétebb, több fényt nyel el, ezért forróbb lesz, még kisebb lézerteljesítmény esetén is. Az így kapott kép ilyen helyeken sötétebb lesz, ezért a gravírozott képben nem kívánt színkülönbségek jelennek meg. Az évgyűrűk láthatóak maradnak, hasonlóan egy régi tapétára kent áttetsző festékhez.
Faalapú anyagok. Az MDF lapok felülete jó szürkeárnyalatos képet ad. Ezeknek az anyagoknak nincs a természetes fa bája, nem mutatnak évgyűrűket, amelyek egyediséget kölcsönöznének a gravírozott képeknek, viszont ezzel szemben jól megismételhető, konzisztens tónusképzést tesznek lehetővé. Azonban az MDF lapok általában barna vagy sötétbarna színűek, ezért a rajtuk készített gravírozott képek nem lesznek nagy kontrasztúak vagy élénk színűek. Ne feledje, hogy rostlemez és MDF gravírozásakor mérgező gázok keletkeznek.
A fa keménysége. Általában keményfa gravírozása nem befolyásolja jelentősen a felületet. Ezzel szemben puhafát - főleg a sötétebb részeken, ahol az erősebb lézernyaláb dolgozik - jelentős mélységig kiégeti a sugár. Ez az égés különösen látható lesz a repülőgéppapír rétegelt lemezen és balsafán. Emellett a sötét területeket rideg, kenődő lerakódás borítja, amely nagyon könnyen szennyezheti a megmunkált felületet.
Felület előkészítés. Érdemes időt szánni a fa felületének alapos előkészítésére (pl. csiszolással), hogy sík legyen, ezáltal biztosítva az állandó távolságot a lézerfej és a megmunkált anyag között. Ez az egyik alapvető követelmény a homogén szürkeárnyalatokhoz. Az egyenetlen felület lokális fókuszeltolódást, ezzel együtt változó energiasűrűséget és változó fényfolt-méretet okoz, ami befolyásolja a pixelméretet, ezért nem lesznek egyenletesek és ismételhetők az árnyalatok.
Fa vágólézer – feldolgozási technológia
Fa és faalapú anyagok lézervágásakor használja a lézergravírozó fej legnagyobb elérhető teljesítményét, miközben a fej sebességének változtatásával szabályozhatja az eredményt, például a vágott él elszenesedésének mértékét vagy akár a réteg teljes átvágását. Tiszta vágás érdekében rétegenként kell dolgozni, azaz minden lézerszelési ciklus után a fejet süllyessze le az (Z-tengelyen), és kezdje el a következő ciklust. Ezeket az műveleteket szükség szerint ismételje az anyag vastagságától függően. Így biztosítható, hogy a lézersugár mindig az aktuális vágási rétegre fókuszáljon, ne a felső felületre.
Bár úgy tűnhet, hogy kevesebb átmenet biztosítja a legrövidebb feldolgozási időt, általában előnyös több átmenettel, de magasabb pillanatnyi sebességgel vágni a fát. Az anyag feldolgozásához szükséges összidő összehasonlítható, viszont több átmenet alkalmazása kevésbé elszenesedett, egységesebb vágott éleket eredményez. Különböző vágási technikák alkalmazásával például kemény, vízálló CDX rétegelt lemezt is vághat. Annak ellenére, hogy több réteget és ragasztót tartalmaz, mint a hagyományos rétegelt lemez, kíváló végeredményt érhet el.
Fa és más, nagy mennyiségű gőzt termelő anyagok vágásakor fontos a nem kívánt gázok gyors eltávolítása. A füst mikrorészecskéket tartalmaz, amelyek optikailag gátolják a lézersugarat. Ha a vágógép nem juttat elég tiszta levegőt a lézerfejhez, bizonyos részek nem vághatók teljesen át, gravírozás esetén pedig a kép árnyalatai inhomogének lesznek.
Megfelelő légellátás biztosítható a High Pressure Air-Assist Nozzle használatával. A jobb oldali képen két lézerrel vágott fatégla látható. A felső High Pressure Air-Assist Nozzle-lal készült, az alsó pedig anélkül.
Fa lézergravírozása
Sebesség kontra teljesítmény
Még a kisebb képek is nagyszámú pixelből állhatnak, ezért sok időt vesz igénybe a lézerrel történő gravírozásuk. Emiatt a felhasználók igyekeznek a folyamatot a lehető legjobban felgyorsítani. Mint kiderül, a korlátot azonban nem a CNC lézergravírozó teljesítménye, hanem a gép vagy 3D nyomtató sebessége jelenti. Lassabb modellek esetén jó megoldás az úgynevezett átlós gravírozási technika, amikor a lézerfej egyszerre mindkét tengely (X és Y) irányában, átlósan mozog a munkaterületen. Ha a gép mindkét mozgatómotorja együtt dolgozik, a gravírozás hatásos sebessége nagyobb, mint ha csak egy tengely mentén haladnánk. Ezt a módszert akkor tudja alkalmazni, ha a gép vezérlője lehetővé teszi a két tengely egyidejű működését.
Érdemes figyelmet szentelni a gép stabilitásának és tartósságának. A kis teljesítményű lézer ellenére a kis részletek gravírozása vagy néhány milliméteres elemek kivágása gyors irányváltásokat igényel a lézerfejtől. A különböző CNC géptípusok eltérő gyorsulási képességgel rendelkeznek, ugyanakkor egyik sem tudja azonnal elérni a munkasebességet. Ez azt jelenti, hogy kisebb lézerteljesítmény és lassabb mozgás együttes alkalmazásával biztosítható az árnyalatok helyes megjelenítése még a finom részleteken is, és a fej sebessége és gyorsulása nem befolyásolja hátrányosan a végeredményt.
A legoptimálisabb működési feltételek akkor érhetők el, ha maximális lézerteljesítménynél olyan sebességgel mozgatható a fej, hogy a gravírozott vonal megfelel a fekete színnek. Ez a nagy sebességű munkavégzés képességét, valamint a lézerteljesítmény megfelelő G-kóddal történő modulációja révén bármilyen szürke árnyalat elérését is lehetővé teszi. Bizonyos anyagok esetében azonban két-három gravírozási menet szükséges azonos részleten, csökkentett teljesítménnyel. Ezt a technikát nemcsak a lézer foltjának közelében lévő réteg megégésének elkerülése érdekében alkalmazzák, hanem a lehető legsötétebb árnyalatok elérése érdekében is. Ez különösen hasznos, amikor puhább, faalapú anyagokat, például balsafát vagy repülőgép rétegelt lemezt munkálunk meg.
Sajnos az anyagok nagy változatossága nem teszi lehetővé egységes feldolgozási paramétertáblázat, például sebesség vagy lézerteljesítmény létrehozását, amely adott körülményekhez igazítható. Ezért elengedhetetlen, hogy a felhasználó sorozatos teszteket végezzen a kiválasztott felületen, és a kapott eredmények alapján állítsa be a berendezést. Ennek szükségessége abból adódik, hogy a működési paraméterek függnek olyan tulajdonságoktól, mint a fa hőmérséklete, páratartalma, tárolási körülményei, sűrűsége, színe, keménysége, évgyűrű-sűrűsége vagy felületi kidolgozása.
Egy nagyon érdekes technika az, amikor a lézersugarat a fej és a felület közötti szokásosnál nagyobb távolságból fókuszáljuk, például 15 cm-ről. Ilyen távolság esetén a lézersugár foltja 0,5 mm - 1 mm méretű lesz, és megfelelő fókuszbeállítás után négyzet alakú foltot eredményez. Ily módon nagy pixeleket kapunk, amelyek nagyon hasznosak nagy képek gyors lézergravírozásához.
Lézerfolt finomhangolása fa gravírozásához
A nagy gravírozási sebesség eléréséhez precízen kell fókuszálni a lézersugarat. Ehhez két alapvető módszer egyike használható. Az első lehetőséget ad a lehető legkisebb pontméret elérésére, ami ezzel együtt a legnagyobb teljesítménysűrűséget is biztosítja. A spot igen kis felülete garantálja, hogy a teljesítménysűrűség – melyet az összteljesítmény és a felület hányadosa ad – a maximális szintet éri el, lehetővé téve a leggyorsabb munkavégzést. A kalibrálást több vonal gravírozásával kell kezdeni, különböző fejmagasságok és mindkét géptengely mentén. Ezután ki kell választani azokat a beállításokat, amelyek a háló legvékonyabb vonalait eredményezték. Ennek a módszernek van hátránya is: a folt nem lesz négyzet alakú, ami a lézerfej optikájának azon sajátosságából fakad, hogy a lézerdiódás emitter fényét vetíti a fa felületére. A folt lekerekített formája nem optimális pixel-alapú képek gravírozásához.
A CNC gépekhez elérhető szoftverek felszerelhetők folttípus és lézergravírozási módszer kiválasztásának lehetőségével, például balról jobbra, fentről lefelé vagy átlósan. Tapasztalataink szerint a legjobb eredmények átlós üzemmódban érhetők el. Ez biztosítja a legkonzisztensebb árnyalatokat. A folt szélein a teljesítménysűrűség valamivel alacsonyabb, mint a közepén, így átlós módszerrel a lézernyomok kissé egymásra fednek, megakadályozva a képsorok éles széleinek vagy a vonalak közötti rések kialakulását.
Egy másik, már említett fókuszálási módszernél a cél egy négyzet alakú lézerfolt kialakítása, amely megfelel a pixelméretnek. Ezt a technikát úgy alkalmazhatjuk, hogy először kis négyzeteket gravírozunk különböző lézerfej távolságok mellett, majd kiválasztjuk azokat a beállításokat, amelyeknél minden oldal egyenlő vastagságú. Így a CNC lézer konzisztens vastagságú vonalakat gravíroz, függetlenül a mozgás irányától (vízszintes vagy függőleges).
A második módszerrel elért gravírozási sebesség valamivel lassabb lesz, mint az átlós technika esetében, ugyanakkor eltérő vizuális hatást eredményez. Bár a bemutatott módszereknek mindegyikének megvannak az előnyei és hátrányai, egyik sem tekinthető jobbnak vagy rosszabbnak a másiknál. A felhasználónak magának kell kipróbálnia mindkét technikát, és eldöntenie, melyik felel meg leginkább az igényeinek.
Szódabikarbónával kezelt fa gravírozása
Egy darab fa előkezelése, amelyet lézergravírozni szeretnénk, segíthet mélyebb árnyalatot adni a képnek.
Hogyan készítse elő a faanyagot
Első lépésként el kell dönteni, hogy milyen típusú faanyag felel meg a céljainak. Az MDF általában nem ajánlott a magas ragasztótartalom miatt. A multiplex fa, például a nyír rétegelt lemez ezzel szemben lényegesen alkalmasabb. A legjobb eredmények érdekében ajánlott egy sík, sima, csiszolt rétegelt lemez előkészítése. Ideális esetben a szódabikarbóna felvitele előtt célszerű a rétegelt lemezt még egyszer átcsiszolni.
Hogyan készítse elő a képet
Ügyeljen arra, hogy a fénykép éles és jó minőségű legyen. Például használhat legalább 350 DPI felbontású és legalább 3000x3000 pixeles képet. Kerülni kell a gyenge minőségű fotókat, mert ezek eredményeként az eredmény elmosódott lesz. A szürkeárnyalatos technika alkalmazható.
Szódabikarbónás előkezelés
A kezeléshez készítendő oldat elkészítéséhez keverjen össze 4 evőkanál szódabikarbónát 500 ml vízzel. Alaposan keverje el, majd töltse át permetező palackba. Ezután permetezze egyenletesen a fa felületére, majd hagyja száradni 24 órán keresztül. A teljes száradást követően észre fogja venni, hogy a fa felszíne opálos visszaverődést kapott.
Ezt a visszaverődő réteget egy excentercsiszolóval, 320-as szemcseméretű csiszolópapírral eltávolíthatja, hogy újból sík és sima felületet kapjon. Ezt követően porszívó kefés fejével is érdemes letisztítani a frissen csiszolt felületet. Ügyelni kell arra, hogy ne maradjanak fehéres foltok a fán.
Miután kiválasztott fotóját átkonvertálta szürkeárnyalatossá és kalibrálta a munkatávolságot, helyezze el a faanyagot úgy, hogy a fa erezete merőleges legyen a lézergravírozás irányára.
Ezt követően megkezdhető a fa gravírozása. Érdemes megjegyezni, hogy a szódabikarbónás kezelés következtében a megszokott lézerteljesítménnyel dolgozva olyan eredményt kapunk, amelyet egyébként alacsonyabb lézerteljesítménnyel érnénk el.
Javasolt próbadarabot előkészíteni annak érdekében, hogy meghatározzuk, mely lézerteljesítmény és sebesség eredményez kielégítő eredményt. Néhol elegendő néhány millimétert gravírozni, majd ellenőrizni, hogy a sötét árnyalat megfelelő-e számunkra. Ezt a tesztet több különböző képpel is érdemes elvégezni. Elsősorban a gravírozott kép legsötétebb részeire kell koncentrálni, és ezt referenciapontként használni az ideális paraméterek megtalálásához.
A megfelelő színárnyalat eléréséhez szükséges paraméterek meghatározását követően elkezdhető a végső faanyag gravírozása is.
Amikor a gravírozott kép elkészült, mindig marad némi hamu a gravírozott felületen. Ezt el lehet fújni, de nem feltétlenül szükséges. A kép lezárásához több réteg védőbevonat felvitele ajánlott. Ez mindig nagyon vékony rétegekben, és a rétegek között alapos száradási időt biztosítva történjen. Miután 3 vékony lakkréteget felvittünk, és a fa teljesen megszáradt, a képet már kézbe lehet venni.
Az eredmények az alábbiakban láthatók:
Biztonságos munka CNC lézerrel
A komoly egészségügyi kockázatok miatt nagy teljesítményű CNC lézerekkel történő anyagmegmunkálás során be kell tartani néhány biztonsági előírást:
- Munkavégzéskor mindig viseljen védőszemüveget, és különös figyelmet fordítson nemcsak a fej felől kilépő fénysugárra, hanem a visszaverődő és szórt lézersugarakra is.
- Erősen ajánlott további burkolatok felszerelése a gépre, amelyek megkönnyítik a szellőztetést – így a füst kivezethető a helyiségből –, valamint extra védelmet nyújtanak a szórt lézerfénnyel szemben is.
- Fontos a faanyag felületét a megmunkálás előtt portalanítani, például nedves ruhával. Így lézergravírozás közben elkerülhető az apró anyagrészek vagy faforgács belobbanása.
- Mivel a fa gyúlékony anyag, amely jelentős mennyiségű füstöt bocsát ki, a munkaterem szellőzését megfelelően biztosítani kell.
- Rétegelt lemez, faforgácslap vagy MDF megmunkálásakor az anyagban lévő ragasztóanyagok mérgező füstökké alakulhatnak.
Külön köszönetünket fejezzük ki Andre Alexander Wijn részére a "Szódabikarbónával kezelt fa gravírozása" fejezet előkészítéséért, amely tartalmazta a szódabikarbónával előkezelt fa lézergravírozásának kidolgozását és tesztelését, vizuális anyagok biztosítását, valamint a szakasz elsődleges szövegének megírását, amelyet később a webfejlesztő csapat szerkesztett. Köszönet Paul Deutsch-nak (látogassa meg a facebook csoportját: PLDesigns) is a "Fa lézergravírozása" részhez tartozó 'Sebesség kontra teljesítmény' fotóért.