Materiały półprzezroczyste i przezroczyste

Gdy światło lasera dociera do obiektu, może oddziaływać z nim na kilka różnych sposobów. Interakcja ta zależy od wewnętrznych właściwości materiału oraz długości fali lasera. Każdy obiekt oddziałuje z fotonami poprzez połączenie transmisji, odbicia i absorpcji.

Przezroczystość jest fizyczną właściwością materiałów, która oznacza, że światło może przechodzić przez obiekt bez rozpraszania (w skali makroskopowej). Materiał przezroczysty to materiał, który wydaje się przezroczysty i ma jeden kolor. Przykłady przezroczystych materiałów obejmują szkło i amorficzne tworzywa sztuczne (np. akryle, PEI, PC, ABS, PS itp.). Folie z niektórych krystalicznych polimerów, takich jak PET i PP, są również przezroczyste, ponieważ są rozciągane w dwóch kierunkach (a zatem zorientowane dwuosiowo), co wyrównuje cząsteczki polimeru w płaszczyźnie folii. W konsekwencji nie występuje załamanie światła z powodu tego wyrównania.

Z drugiej strony, materiały półprzezroczyste przepuszczają tylko część światła. Fotony przechodzące przez półprzezroczysty obiekt są wielokrotnie rozpraszane i wielokrotnie zmieniają swój kierunek. W rezultacie nie można wyraźnie widzieć przez taki obiekt, a przedmiot umieszczony po przeciwnej stronie półprzezroczystego arkusza wydaje się rozmyty i niewyraźny. Przykłady półprzezroczystych obiektów obejmują przyciemniane szyby samochodowe, matowe szkło i wiele tworzyw sztucznych. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku tworzyw sztucznych, wraz ze wzrostem procentowej krystaliczności, wyprodukowany arkusz z tworzywa sztucznego staje się stopniowo mniej przezroczysty. Krystaliczność tworzyw sztucznych może wynosić od 0% (całkowicie amorficzne) do 100% (całkowicie krystaliczne), ale krystaliczny polimer nigdy nie jest w 100% krystaliczny i zamiast tego tworzy sąsiednie obszary amorficzne i krystaliczne. Półkrystaliczne lub krystaliczne polimery mogą być półprzezroczyste lub nieprzezroczyste w wyniku różnic we współczynnikach załamania światła między obszarami amorficznymi i krystalicznymi (np. nylon, PE, PET, PBT, PP itp.). Półprzezroczyste arkusze akrylowe są popularne w produkcji znaków, ponieważ doskonale nadają się do podświetlania.

Ogólnie rzecz biorąc, przejrzystość produkowanego tworzywa sztucznego może się różnić w zależności od metody produkcji (np. losowa polimeryzacja daje tworzywa sztuczne o większej przejrzystości) lub jego modyfikacji poprzez zastosowanie dodatków (klaryfikatorów i nukleatorów), które wpływają na rozmiar i wzrost struktury krystalicznej. Etapy produkcji, takie jak obróbka cieplna, obróbka mechaniczna i barwienie, również wpływają na właściwości optyczne danego tworzywa sztucznego. Na przykład niebieski odcień powoduje odbijanie niebieskiego światła laserowego od powierzchni tworzywa sztucznego, ale ogólny efekt zależy od odcienia lub odcienia określonego koloru. Co więcej, tworzywa sztuczne o błyszczących powierzchniach są zazwyczaj trudne do grawerowania laserowego. Przepuszczalność światła zależy również od grubości materiału. Dlatego wiele polimerów w postaci cienkich warstw może mieć dobrą przepuszczalność optyczną. Co więcej, brak pęknięć, pustych przestrzeni i innych defektów strukturalnych zapewnia doskonałą transmisję optyczną. Niemniej jednak wszelkie zmiany chemiczne w utlenianiu tworzyw sztucznych, degradacji lub dyfuzji mogą niekorzystnie wpływać na przezroczystość materiału.

Podsumowując, materiał, który ma dobrą przezroczystość, będzie miał niskie zamglenie i wysoką przepuszczalność. Zamglenie jest definiowane jako procent światła padającego, które jest rozpraszane o więcej niż 2,5° przez obiekt. Im niższa wartość zamglenia, tym wyższa przejrzystość obiektu.

Grawerowanie laserowe materiałów półprzezroczystych i przezroczystych

Można grawerować laserowo półprzezroczyste i przezroczyste materiały, ale wynik zależy od odbicia (połysku), przepuszczalności światła i zamglenia danego materiału. Materiały o wysokiej przepuszczalności światła powodują, że niebieskie światło lasera po prostu przez nie przechodzi. Można jednak obejść ten problem, dodając warstwę, która zatrzymuje światło lasera i koncentruje energię w punkcie, w którym chcemy wygrawerować powierzchnię. Niemniej jednak, nie ma niezawodnego rozwiązania, a grawerowanie laserowe wymaga przetestowania przed znalezieniem odpowiedniej metody.

Uzyskany wynik zależy od kilku parametrów:

• Materiał, który chcesz grawerować laserowo. Różne półprzezroczyste i przezroczyste materiały wymagają różnych ustawień.

• Wybór warstwy powierzchniowej zatrzymującej światło. Może to być na przykład marker permanentny, farba lub taśma.

• Ustawienie ostrości lasera

• Soczewka lasera

• Prędkość grawerowania

• Moc lasera

---

Metoda 1 - Dodanie ciemnej/czarnej warstwy pod przezroczystym materiałem, który ma być grawerowany laserowo

Można dodać ciemną lub czarną warstwę bezpośrednio pod obiektem, a następnie skalibrować odległość roboczą, aby wiązka lasera skupiła się na ich styku. Skoncentrowana moc lasera graweruje przezroczysty materiał na tym styku. Uzyskane wyniki różnią się w zależności od grubości obiektu, czystości i zamglenia, a także mocy i prędkości głowicy lasera. Metoda ta działa najlepiej w przypadku płaskich, przezroczystych obiektów.

Metoda ta nie jest odpowiednia do grawerowania laserowego przezroczystych niepłaskich obiektów, takich jak butelki lub szklanki, w połączeniu z osią obrotową.

Odległość roboczą należy skalibrować w taki sposób, aby położenie ogniska lasera pokrywało się z interfejsem między ciemną warstwą a szkłem.

Informacje na temat kalibracji odległości roboczej można znaleźć w instrukcji obsługi głowic laserowych serii PLH3D-6W oraz w poniższym filmie:

---

Metoda 2 - Dodanie ciemnej/czarnej warstwy powierzchniowej na wierzchu przezroczystego materiału, który ma być grawerowany laserowo

Jest to najczęściej stosowane rozwiązanie. W tym przypadku ciemna warstwa powierzchniowa koncentruje energię lasera na górnej powierzchni przezroczystego materiału, który ma być grawerowany laserowo. Istnieją różne rodzaje warstw powierzchniowych, z których wszystkie dają różne wyniki. Przykłady obejmują taśmę, marker permanentny lub farbę. Nie ma idealnego rozwiązania, ponieważ wybór tej warstwy zależy od tego, jakie wyniki są dla Ciebie pożądane. Jeśli korzystasz z tej metody, powinieneś skalibrować odległość roboczą w taki sposób, aby laser skupiał się na ciemnej warstwie powierzchni. Prawidłowa kalibracja odległości roboczej ma kluczowe znaczenie. Uzyskane wyniki różnią się w zależności od wyboru przezroczystego materiału do grawerowania laserowego, wyboru ciemnej warstwy, a także prędkości i mocy głowicy laserowej.

Odległość robocza powinna być skalibrowana w taki sposób, aby położenie ogniska lasera pokrywało się z interfejsem między ciemną warstwą a szkłem.

Testowanie różnych metod

Wszystkie testy, pokazujące grawerowanie laserowe przezroczystych materiałów, zostały wykonane przy użyciu głowicy laserowej Opt Lasers PLH3D-6W-XF z uaktualnieniem soczewki uSpot.

---

Metoda 1: Grawerowanie laserowe szkła poprzez umieszczenie arkusza szkła na czarnym materiale

W tym teście przezroczysty arkusz szkła do grawerowania laserowego został umieszczony na czarnym arkuszu metalu. Należy pamiętać, że należy skalibrować odległość roboczą lasera w taki sposób, aby ognisko lasera znajdowało się na styku czarnego arkusza metalu i przezroczystego szkła. Ważne jest, aby odpowiednio skalibrować odległość roboczą. Uzyskane wyniki przedstawiono poniżej.

Jak pokazano powyżej, metoda ta daje zadowalające rezultaty. Należy pamiętać, że grawerowanie znajduje się na tylnej stronie szkła. Poniższe zdjęcia przedstawiają szkło wygrawerowane laserowo przy użyciu mikroskopu z kamerą USB.

---

Metoda 1: Grawerowanie laserowe akrylu przy użyciu białego arkusza papieru jako dolnej warstwy

Pierwszym krokiem jest położenie białej kartki papieru na płaskiej powierzchni. Odległość roboczą należy skalibrować w taki sposób, aby położenie ogniska lasera pokrywało się z interfejsem między papierem a szkłem. Następnie na białej kartce papieru należy umieścić arkusz przezroczystego akrylu. Należy dobrać odpowiednie parametry grawerowania. Zadowalające wyniki można uzyskać przy 100% mocy lasera przy prędkości 1000 mm/min.

Wygrawerowany napis na spodzie można wyczyścić izopropanolem lub innym alkoholem.

---

Metoda 2: Grawerowanie laserowe szkła przy użyciu markera permanentnego jako warstwy wierzchniej

Szkło zostało wygrawerowane laserowo przy 80% mocy i prędkości 40 mm/s. Warto zauważyć, że trudno jest uzyskać równomierną warstwę przy użyciu permanentnego markera. Wyniki mogą się jednak różnić w zależności od rodzaju markera.

Po wygrawerowaniu laserowym na przezroczystym szkle można usunąć tusz markera za pomocą acetonu lub zmywacza do paznokci. Część tuszu może jednak pozostać w grawerunku.

---

Metoda 2: Grawerowanie laserowe szkła przy użyciu farby akrylowej w sprayu jako warstwy wierzchniej

Cienka warstwa akrylowej farby w sprayu została rozpylona na górnej powierzchni szkła. Przed przystąpieniem do grawerowania laserowego upłynęło 30 minut, aby spray mógł wyschnąć. Następnie szkło zostało wygrawerowane laserem z mocą 100% i prędkością 30 mm/s. Uzyskane wyniki przedstawiono poniżej.

Ciemny spray można usunąć gorącą wodą. Ważne jest, aby jak najszybciej wyczyścić wygrawerowane laserowo przezroczyste szkło. Zwlekanie tylko utrudni jego usunięcie.

Ta metoda dała najbardziej satysfakcjonujący wynik. Należy zauważyć, że metoda ta może być wykorzystywana do grawerowania laserowego niepłaskich obiektów, takich jak butelka (przy użyciu osi obrotowej). Uzyskany grawerunek jest również wolny od pozostałości atramentu i ma wrażenie piaskowania.

---

Metoda 2: Grawerowanie laserowe szkła przy użyciu akrylowej farby w sprayu jako warstwy wierzchniej i osi obrotowej

Szkło zostało wygrawerowane laserem przy 100% mocy i prędkości 30 mm/s. Pokazane wielokrotne grawerowanie laserowe wynika z wykonywania wielu testów na tym samym szkle, aż do uzyskania zadowalającego wyniku końcowego.

Laserowe grawerowanie szklanego lustra

Aby wygrawerować laserowo szklane lustro, należy wykonać poniższe kroki.

1. Przygotuj konwencjonalne lustro o drugiej powierzchni. Takie lustro ma odblaskową powierzchnię za przezroczystym podłożem, takim jak akryl lub szkło i jest jednokolorowe z tyłu.

2. Przygotuj obraz do grawerowania laserowego, który ma dobry kontrast. Można użyć na przykład metody grawerowania w skali szarości.

3. Następnie należy odwrócić (odbić lustrzanie) ten obraz, aby po wygrawerowaniu go laserowo na tylnej stronie lustra, lustro mogło prawidłowo wyświetlać obraz.

4. Lustro pokazane w tym przykładzie zostało wygrawerowane z mocą 0-100% przy 5000 mm/min, ale inny wybór ustawień może działać lepiej. Może się okazać, że nie jest potrzebna tak duża moc, chociaż stwierdzono, że użycie 20% mocy lasera przy 5000 mm/min jest niewystarczające do grawerowania laserowego tego lustra.

5. Lustro nie musi być przygotowane w żaden specjalny sposób. Można po prostu umieścić lustro pod laserem stroną lustrzaną skierowaną w dół. Laser musi być skierowany w stronę litej strony.

6. Teraz można grawerować lustro.

7. Po zakończeniu grawerowania użyj ściereczki do wycierania, aby usunąć pozostały kurz.

   
   
   

8. Następnie można wybrać odpowiedni kolor i pomalować przezroczyste części grawerunku. Wystarczy do tego marker permanentny, ale można też użyć czarnej farby w sprayu lub farby lateksowej nakładanej pędzlem.

9. Pozostaw do wyschnięcia i odwróć lustro. Lustro jest teraz gotowe do użycia jako dekoracja.

   
   
   

Chcielibyśmy złożyć specjalne podziękowania Øyvindowi Sætre Amundsenowi i Peterowi Lydmanowi za przygotowanie tego artykułu, w tym znalezienie i przetestowanie sposobu grawerowania laserowego przezroczystych materiałów, a także napisanie wstępnego tekstu do sekcji "Grawerowanie laserowe przezroczystych i półprzezroczystych materiałów", "Testowanie różnych metod" i "Grawerowanie laserowe szklanego lustra", który został później opracowany i zredagowany przez nasz zespół ds. rozwoju sieci.