De keuze van het vermogen van de CNC graveerlaser – 6W, 15W of 45W?

Bij het overwegen van een blauwe laser voor snijden en graveren op hout moet u vaak een keuze maken qua vermogen. De 6W-laser, zoals de PLH3D-XT-50, biedt een balans tussen snelheid en precisie. Deze laser kan afbeeldingen graveren in Ultra HD-definitie en kan bovendien snijden op maximale snelheid van populaire CNC-machines.

Een dergelijk precisieniveau vereist echter een machine die niet alleen zeer nauwkeurig is, maar ook een stijfheid heeft die geschikt is voor bedrijfssnelheden die een hoge herhaalbaarheid van de baan verzekeren na wisseling van bewegingsrichting van de kop. Bovendien heeft een minder krachtige CNC-laser meer tijd nodig om te graveren, omdat beelden met hoge resolutie bestaan uit een groot aantal dunnere lijnen, en het vergroten van de spotgrootte (pixel) betekent een lagere snelheid van de kop.

De PLH3D-XF+ 6W laserbron is minder nauwkeurig, maar maakt in ruil daarvoor snellere bewerkingen mogelijk dankzij grotere pixelgrootte. Zo kan er snel een afbeelding van 30x30 cm worden gemaakt met pixels van een halve millimeter. De effectieve resolutie is 600x600 pixels (totaal 360 duizend punten), terwijl werken met een 0,1 mm pixel een afbeelding van 9 miljoen pixels oplevert (3000x3000). Dit is een enorm verschil, vooral qua graveertijd, terwijl de grotere pixelgrootte (en lagere resolutie) alleen merkbaar is op een afstand van minder dan 1-2 meter.

Het 15W laserhoofd is een laserkop met drie laserdioden die precisielenzen gebruikt en de hoogste optische vermogensdichtheid heeft onder zijn tegenhangers. De PLH3D-15W heeft dezelfde spotsize als de PLH3D-6W-XF+ met de uSpot Lens Upgrade, maar drie keer zo hoge vermogensdichtheid, waardoor deze ideaal is voor snel hout snijden.

De PLH3D-XT8 heeft een ongeëvenaard optisch vermogen van 45W, waardoor het snijden van dik hout (tot 20mm) eenvoudig is. Tegelijkertijd kan deze laser afbeeldingen met hoge resolutie graveren. Dankzij de superieure focusdiepte kan hij oppervlakteonregelmatigheden verwerken zonder voortdurende aanpassing. De XT8 is een onmisbaar gereedschap voor het lasersnijden van hout en houtgebaseerde materialen.

Materiaaleigenschappen

Het snijden en graveren van hout met een CNC-laser hangt af van het type hout, de hardheid en andere parameters zoals vochtigheid of structuur. Materialen die het gemakkelijkst met een laser te snijden zijn, zijn balsa en vliegtuigtriplex. Multiplex bestaat uit twee lagen iets harder hout en een vulmiddel – meestal balsa. Het lasersnijden van deze materialen is het minst problematisch en het proces is zeer reproduceerbaar, aangezien het hout geen knoesten bevat en een schuimachtige, homogene structuur heeft. Bij het selecteren van geschikt materiaal voor lasersnijden of -graveren, moet u de homogeniteit controleren. Sommige varianten van balsa zijn goedkoper maar kunnen splinters van harder hout bevatten die moeilijker met een CNC-laser te snijden zijn. Vergelijkbare richtlijnen gelden voor vliegtuigtriplex.

Andere houtsoorten zijn massief hout en hard triplex, bijvoorbeeld gebruikt in de constructie van kozijnen. De hardheid van het hout en, in het geval van multiplex, de gebruikte lijmen maken deze materialen minder geschikt voor snijden met diodelasers. Bij bewerking met een laser-houtsnijder ontstaat een koolstofachtig residu dat zwart en broos is. Te langzaam snijden van dit materiaal zorgt ervoor dat het hout door het residu wordt afgedekt, waardoor het snijden verder vertraagt en het hout nabij het actieve laserveld heet en donker wordt. Daarom is het essentieel om het harde materiaal met hoge snelheid te snijden, waarbij alleen dunne lagen worden verwijderd. Hierdoor kan men kleine hoeveelheden snijresten eenvoudig verwijderen en wordt oververhitting, verkleuring en het ontstaan van ongewenste aanslag voorkomen. U kunt ook onze High Pressure Air-Assist Nozzle gebruiken om verbranding te reduceren en het snij- en graveerproces tot 6,5 keer te versnellen.

Selectie van het materiaal en oppervlaktevoorbereiding

Het graveerresultaat is sterk afhankelijk van het houttype. Diverse parameters dienen in acht te worden genomen.

Jaarringen en oppervlaktehomogeniteit. Voor het beste graveerresultaat heeft u doorgaans een materiaal met een homogene kleur nodig. Bij graveren in grijstinten dient u rekening te houden dat een donkerdere oppervlakte meer laserenergie absorbeert (waardoor het contrast van het beeld vermindert). Alle jaarringen, zijnde donkerder, absorberen meer licht en worden daarom heter, zelfs bij een gereduceerd laservermogen. Het resulterende beeld zal op deze plekken donkerder zijn, wat inhoudt dat het gegraveerde beeld ongewenste kleurvariaties vertoont. De ringen blijven zichtbaar, als een oude behangafbeelding die met transparante verf werd overschilderd.

Houtgebaseerde materialen. MDF-platen hebben oppervlaktes die een goede weergave van grijstinten bieden. Zulke materialen missen de charme van natuurlijk hout, ze hebben geen jaarringen die unieke eigenschappen aan gegraveerde afbeeldingen geven, maar bieden daarentegen een betrouwbare en consistente weergave van kleurtonen. Helaas zijn normale MDF-platen bruin of donkerbruin, waardoor gegraveerde afbeeldingen er niet contrastrijk of helder uitzien. Houd er ook rekening mee dat graveren van vezelplaten en MDF gepaard gaat met de emissie van giftige dampen.

De hardheid van het hout. Gewoonlijk heeft graveren van hardhout geen grote invloed op het oppervlak. Zachthout daarentegen – vooral op de donkere delen van een gegraveerd beeld dat met een krachtigere bundel behandeld wordt – zal tot aanzienlijke diepte verbranden. Dit effect is vooral zichtbaar bij vliegtuigtriplex en balsa. Daarnaast worden donkere gebieden bedekt met een broos, uitsmeerbaar residu dat het oppervlak makkelijk kan bevuilen.

Oppervlaktevoorbereiding. Het is de moeite waard om het houtoppervlak af te werken (bijvoorbeeld met schuurpapier) om het egaal te maken, zodat de afstand tussen de laserkop en het te bewerken materiaal constant blijft. Dit is een fundamentele vereiste die de kwaliteit van de grijstinten bepaalt. Een ongelijke oppervlakte veroorzaakt niet alleen plaatselijke variaties in de focus van de bundel en daarmee de energiedichtheid waarmee het beeld wordt ingebrand, maar ook in de spotsize van het licht, wat zich vertaalt in de uiteindelijke pixelgrootte. Dit betekent dat men geen uniforme, reproduceerbare grijstinten kan verkrijgen op een ongelijk materiaal.

Snelheid versus vermogen

Fijnregeling van een laserspot voor lasermarkeren in hout

Om een hoge graveersnelheid te bereiken moet u de laserbundel correct focussen. Hiervoor kunt u een van de twee basismethoden toepassen. De eerste maakt het mogelijk om de kleinst mogelijke spotgrootte te bereiken en dus de hoogste vermogensdichtheid. Een zeer klein oppervlak van de spot zorgt ervoor dat de vermogensdichtheid – berekend als het vermogen gedeeld door het oppervlak – het hoogste niveau bereikt, wat de snelste werksnelheid mogelijk maakt. De kalibratie moet beginnen met het graveren van meerdere lijnen op verschillende kopafstanden en langs beide assen van de machinebeweging. Selecteer vervolgens de instellingen die resulteerden in de dunste lijnen van het raster. Deze methode heeft een nadeel – de spot zal niet vierkant zijn, wat voortkomt uit de optische eigenschappen van de laserkop die het lichtbeeld van de laserdiodemitter projecteert op het houtoppervlak. De afgeronde vorm van de spot is niet optimaal voor het graveren van op pixels gebaseerde afbeeldingen.

De software beschikbaar voor CNC-machines kan zijn uitgerust met een functie om het spottype te selecteren, evenals de lasergraveermethode, bijvoorbeeld van links naar rechts, van boven naar beneden, of diagonaal. Onze ervaring leert dat de beste resultaten in diagonale modus kunnen worden bereikt. Dit zorgt voor de meest consistente tinten. Aan de randen van de spot is de vermogensdichtheid iets lager dan in het midden, zodat in de diagonale methode de sporen van de laser licht overlappen, waarmee het ontstaan van scherpe randen of openingen tussen beeldlijnen wordt voorkomen.

In een andere, eerder genoemde methode van focusseren van de bundel, proberen we een vierkante laserspot te verkrijgen die overeenkomt met de pixelgrootte. Voor deze techniek graveert u eerst kleine vierkanten op verschillende afstanden van de laserkop en selecteert u de instellingen waarbij vierkanten met zijden van gelijke dikte ontstaan. Op deze manier zal de CNC-laser lijnen van constante dikte graveren, onafhankelijk van de bewegingsrichting (horizontaal of verticaal).

De lasermarkeersnelheid die met de laatste methode wordt bereikt, zal enigszins lager zijn dan bij de diagonale techniek, maar het resulteert in een ander visueel effect. Hoewel elke beschreven methode zijn voor- en nadelen heeft, kan geen van beide als beter of slechter dan de ander worden beschouwd. De gebruiker moet elke techniek zelfstandig testen en bepalen welke het beste bij zijn behoeftes past.

Lasergraveren op hout behandeld met natriumbicarbonaat

Het behandelen van een stuk hout dat u wilt lasergraveren kan helpen om meer diepte toe te voegen aan het beeld.

Voorbereiden van het hout

Om te beginnen moet u bepalen welk type hout geschikt is voor uw doel. MDF wordt over het algemeen niet aanbevolen vanwege het hoge lijmgehalte. Multiplexhout, zoals berkenmultiplex, is daarentegen veel geschikter. Voor optimale resultaten is het aanbevolen om een stuk vlak, glad en geschuurd multiplex te gebruiken. U dient bij voorkeur uw multiplex te schuren voordat u natriumbicarbonaat aanbrengt.

Uw afbeelding voorbereiden

Zorg ervoor dat de foto scherp en van hoge kwaliteit is. U kunt bijvoorbeeld een foto gebruiken met minimaal 350 DPI en een formaat van ten minste 3000 bij 3000 pixels. Vermijd foto's van lage kwaliteit, anders zal het gegraveerde beeld wazig worden. U kunt de grijstinten-techniek gebruiken.

Behandeling met natriumbicarbonaat

Om het mengsel voor de behandeling te maken, mengt u 4 eetlepels natriumbicarbonaat met 500 ml water. Roer het goed door en giet het in een sprayfles. U kunt het vervolgens gelijkmatig op het hout sprayen en 24 uur laten drogen. Nadat het goed is opgedroogd, zult u merken dat het hout een reflecterende waas heeft gekregen.

U kunt deze reflecterende waas wegschuren met een excentrische schuurmachine en schuurpapier korrel 320 voor een weer vlakke en gladde oppervlakte. Gebruik daarna een stofzuiger met borstel om het oppervlak te reinigen. Zorg ervoor dat er geen witte vlekken achterblijven op het stuk hout.

Zodra u uw gekozen foto hebt omgezet naar grijstinten en de werkafstand hebt gekalibreerd, plaatst u het stuk hout zo dat de houtnerf loodrecht staat op de richting van het lasergraveren.

U kunt nu het hout graveren. Het is vermeldenswaard dat, door de behandeling met natriumbicarbonaat, het laservermogen waaraan u gewend bent, het hout op een manier graveert die normaal voorbehouden is aan een lager laservermogen.

Het is raadzaam om een testmateriaal voor te bereiden, zodat u vooraf kunt bepalen welk laservermogen en welke snelheid de gewenste resultaten opleveren. U kunt slechts een paar millimeter graveren en zien of u tevreden bent met de tint van het resultaat. Voer deze test uit met verschillende afbeeldingen. Besteed aandacht aan de donkerste delen van het gegraveerde beeld en gebruik dit als referentiepunt om de ideale parameters te bepalen.

Zodra u de juiste parameters hebt vastgesteld om de gewenste kleurtoon te verkrijgen, kunt u uw uiteindelijke stuk lasergraveren.

Als het gegraveerde beeld klaar is, blijft er altijd wat as over op het werkstuk. U kunt dit wegblazen, maar dat is niet noodzakelijk. Voor het sealen van het beeld moet u meerdere lagen lak op de foto aanbrengen. Dit moet in zeer dunne lagen gedaan worden, waarbij u elke laag volledig laat drogen voordat u een nieuwe aanbrengt. Na het aanbrengen van 3 dunne laklagen en na volledig drogen, kunt u de foto met uw handen vasthouden.

De behaalde resultaten worden hieronder getoond:

Vanwege ernstige gezondheidsrisico’s vereist het bewerken van materialen met CNC-lasers van hoog vermogen het volgen van enkele veiligheidsregels:

• Draag altijd beschermende laserbrillen tijdens het werk, en let niet alleen op de hoofdstraal uit de laserkop, maar ook op gereflecteerde en verstrooide laserstralen.
• Het wordt sterk aanbevolen om extra afschermingen op de machine te installeren, die ventilatie vergemakkelijken, zodat u de rook naar buiten kunt afvoeren, maar ook extra bescherming bieden tegen verstrooid laserlicht.
• Het is belangrijk het oppervlak van het te bewerken hout stofvrij te maken, bijvoorbeeld met een vochtige doek. Zo voorkomt u bij het lasergraveren het ontbranden van kleine stukjes materiaal en houtstof.
• Aangezien hout een brandbaar materiaal is dat grote hoeveelheden rook afgeeft, dient uw werkruimte goed geventileerd te zijn.
• Bij het bewerken van multiplex, spaanplaat of MDF kunnen de in het materiaal aanwezige lijmen worden omgezet in toxische dampen.

Wij willen onze bijzondere dank uitspreken aan Andre Alexander Wijn voor het leveren van de basis van het gedeelte "Lasergraveren op hout behandeld met natriumbicarbonaat", waaronder het ontdekken en testen van lasergraveren op behandeld hout, het leveren van visueel materiaal en het schrijven van de eerste tekstversie voor dit gedeelte, welke later door ons webdevelopmentteam is bewerkt. Ook dank aan Paul Deutsch (bezoek zijn facebookgroep PLDesigns) voor het leveren van de foto "Snelheid versus vermogen" in het gedeelte Lasergraveren in hout.