Alegerea puterii laserului cu comandă numerică pentru gravare - 6W, 15W sau 45W?

Atunci când iei în considerare un laser albastru pentru tăierea și gravarea pe lemn, de obicei trebuie să decizi ce putere este necesară. Laserul de 6W, cum ar fi PLH3D-XT-50, oferă un echilibru între viteză și precizie. Acest laser este capabil să graveze imagini la o definiție Ultra HD, fiind totodată capabil să taie la viteza maximă a celor mai populare utilaje CNC.

Totuși, un nivel atât de mare de precizie necesită o mașină care nu doar să fie extrem de precisă, ci și să prezinte o rigiditate corespunzătoare pentru viteze de lucru care asigură o repetabilitate ridicată a trasării după schimbarea direcției de deplasare a capului. De asemenea, un laser CNC cu putere mai mică necesită mai mult timp pentru a finaliza gravarea, deoarece imaginile de înaltă rezoluție sunt realizate dintr-un număr crescut de linii subțiri, iar mărirea dimensiunii spotului (pixel) presupune o mișcare mai lentă a capului.

Capul laser PLH3D-XF+ 6W este mai puțin precis, dar în schimb permite o operare mai rapidă datorită dimensiunii mai mari a pixelului. De exemplu, acesta poate produce rapid o imagine de 30x30 cm formată din pixeli de jumătate de milimetru. Rezoluția efectivă este de 600x600 pixeli (360 de mii de puncte în total), în timp ce lucrul cu un pixel de 0,1 mm ar genera o imagine de 9 milioane de pixeli (3000x3000). Aceasta reprezintă o diferență semnificativă, mai ales privind timpul de gravare, în timp ce dimensiunea mai mare a pixelului (și rezoluția mai mică) se vor observa doar de la o distanță mai mică de 1-2 metri.

Capul laser de 15W este echipat cu trei diode laser și utilizează lentile de precizie, având cea mai înaltă densitate de putere optică dintre modelele similare. PLH3D-15W are aceeași dimensiune a spotului ca PLH3D-6W-XF+ (cu sistemul uSpot Lens Upgrade), dar o densitate de putere triplă, ceea ce îl face ideal pentru tăiere rapidă de lemn.

PLH3D-XT8 dispune de o putere optică incomparabilă de 45W, ceea ce face ca tăierea lemnului gros (până la 20 mm) să devină o sarcină simplă. În același timp, acest laser este capabil să graveze imagini cu rezoluție înaltă. Datorită adâncimii superioare de focalizare, poate compensa neregularitățile suprafeței fără a fi necesare reglaje permanente. XT8 este un instrument de neprețuit pentru tăierea laser a lemnului și a materialelor pe bază de lemn.

Proprietățile materialului

Tăierea și gravarea lemnului cu ajutorul unui laser CNC depind de tipul lemnului, duritatea acestuia, precum și de alți parametri precum umiditatea sau textura. Materialele cele mai ușor de tăiat cu laserul sunt balsa și placajul pentru aviație. Placajul este realizat din două straturi de lemn ușor mai tare și un strat intermediar – de obicei balsa. Tăierea acestor materiale cu laserul prezintă cele mai puține probleme, iar procesul este extrem de repetabil, deoarece lemnul nu prezintă noduri, iar structura sa este poroasă, uniformă. La selectarea materialului potrivit pentru tăiere sau gravare laser, trebuie verificată omogenitatea acestuia. Unele variante de balsa sunt mai ieftine, dar pot conține așchii de lemn mai dur, greu de tăiat cu laserul CNC. Recomandări similare se aplică placajului pentru aviație.

Alte tipuri de materiale sunt lemnul masiv și placajul tare, de exemplu, utilizate la construcția tocurilor de ferestre. Gradul de duritate al lemnului și adezivii utilizați în cazul placajului fac ca aceste materiale să fie mai puțin potrivite pentru tăierea cu lasere cu diode. În timpul prelucrării cu un tăietor laser de lemn se formează un reziduu asemănător carbonului, de culoare neagră și friabilă. Tăierea prea lentă a acestor materiale cauzează depunerea excesivă a acestui reziduu pe suprafață, încetinind și mai mult procesul de tăiere și supraîncălzind zona procesată, care capătă o tentă închisă. De aceea, este esențială tăierea rapidă a materialelor dure, cu retragerea straturilor subțiri de fiecare dată. Astfel, îndepărtarea materialului tăiat se face ușor și se evită supraîncălzirea, pătarea și formarea depunerilor nedorite. Poți utiliza și Duza High Pressure Air-Assist pentru a reduce efectul de ardere și pentru a accelera de până la 6,5 ori procesul de tăiere și gravare laser a lemnului.

Selectarea materialului și pregătirea suprafeței

Rezultatul gravării depinde semnificativ de tipul lemnului. Trebuie luați în considerare mai mulți parametri.

Inelele anuale și uniformitatea suprafeței. De regulă, pentru rezultate optime la gravare este recomandat un material cu culoare uniformă. În cazul gravurii în tonuri de gri, trebuie avut în vedere că suprafețele mai închise absorb mai multă energie laser (diminuând totodată contrastul imaginii). Toate inelele anuale, fiind mai închise la culoare, absorb mai multă lumină, încălzindu-se mai puternic – chiar și la un nivel redus al puterii laserului. Imaginea rezultată va fi mai închisă pe aceste zone, ceea ce duce la variații nedorite de culoare în imaginea gravată. Inelele vor rămâne vizibile, precum imaginea unui tapet vechi acoperit cu vopsea cu opacitate scăzută.

Materiale pe bază de lemn. Plăcile MDF au suprafețe ce reproduc fidel tonurile de gri. Aceste materiale nu au farmecul lemnului natural, nu prezintă inele anuale care să personalizeze imaginile gravate, dar, în schimb, asigură o redare uniformă și consecventă a nuanțelor. Din păcate, plăcile MDF obișnuite sunt maro sau maro închis, astfel că imaginile gravate pe acestea nu vor prezenta un contrast ridicat sau culori deschise. De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că gravarea pe plăci fibrolemnoase sau MDF implică formarea de vapori toxici.

Duritatea lemnului. De obicei, gravarea lemnului de esență tare nu afectează semnificativ suprafața acestuia. În schimb, lemnul de esență moale – în special în zonele mai închise ale unei imagini gravate, unde fasciculul laser va avea o putere mai mare – va fi ars pe o adâncime semnificativă. Efectul de ardere va fi deosebit de vizibil pentru placajul de aviație și pentru balsa. Mai mult, zonele întunecate vor fi acoperite cu un depozit friabil și pătat, care poate murdări foarte ușor suprafața procesată.

Pregătirea suprafeței. Merită acordată o atenție deosebită finisării suprafeței lemnului (de ex. cu hârtie abrazivă) pentru a o face cât mai plană, asigurând astfel o distanță constantă între capul laser și materialul procesat. Aceasta este una dintre cerințele fundamentale pentru obținerea unor tonuri de gri calitative. O suprafață neuniformă provoacă nu doar variații locale ale focalizării fasciculului și, implicit, ale densității de energie aplicate la ardere, ci și modificări în dimensiunea spotului de lumină, ceea ce se reflectă direct în dimensiunea pixelului rezultat. În concluzie, nu poți obține tonuri de gri omogene și repetitive pe materiale cu suprafață neuniformă.

Viteză versus Putere

Ajustarea precisă a spotului laser pentru gravură laser pe lemn

Pentru a atinge o viteză ridicată de gravare, este esențială o focalizare corectă a fasciculului laser. Pentru aceasta, se pot utiliza două metode de bază. Prima permite obținerea celui mai mic spot posibil și, implicit, a celei mai mari densități de putere. O suprafață foarte mică a spotului asigură ca densitatea de putere — calculată ca raport între putere și suprafață — să atingă cel mai înalt nivel, permițând cele mai rapide viteze de lucru. Calibrarea trebuie să înceapă prin gravarea mai multor linii la distanțe diferite ale capului și pe ambii axe ai mișcării utilajului. Se aleg apoi setările care au generat cele mai subțiri linii ale rețelei. Dezavantajul acestei metode este că spotul nu va fi pătrat, fapt determinat de proprietățile optice ale capului laser care proiectează lumina emițătorului de diodă laser pe suprafața lemnului. Forma rotunjită a spotului nu este optimă pentru gravarea imaginilor pixelate.

Software-ul disponibil pentru mașinile CNC poate fi prevăzut cu o funcție de selectare a tipului de spot, precum și a metodei de gravare laser, de exemplu, de la stânga la dreapta, de sus în jos sau diagonal. Experiența noastră arată că cele mai bune rezultate se obțin în modul diagonal. Acesta asigură cele mai uniforme nuanțe. La marginile spotului, densitatea de putere este ușor redusă față de centru, astfel încât în metoda diagonală urmele lăsate de laser se suprapun ușor, prevenind formarea marginilor distincte ale liniilor imaginii, precum și apariția spațiilor goale între acestea.

În cealaltă metodă, deja menționată, de focalizare a fasciculului, se urmărește obținerea unui spot laser pătrat, care să corespundă dimensiunii unui pixel. Pentru a utiliza această tehnică, se gravează inițial pătrate mici la diverse distanțe ale capului laser, alegând setările care au dus la obținerea de pătrate cu laturi de grosime egală. În acest mod, CNC-ul cu laser va realiza linii de grosime constantă, indiferent de direcția de mișcare (orizontală sau verticală).

Viteza de gravare laser obținută prin această ultimă metodă va fi oarecum mai redusă decât pentru tehnica diagonală, însă rezultatul vizual este diferit. Deși fiecare dintre metodele prezentate are avantaje și dezavantaje, niciuna nu poate fi considerată neapărat mai bună sau mai slabă decât cealaltă. Utilizatorul ar trebui să testeze independent fiecare tehnică și să decidă care i se potrivește cel mai bine.

Gravarea pe lemn tratat cu bicarbonat de sodiu

Tratarea unei bucăți de lemn pe care doriți să realizați gravură cu laser vă poate ajuta să adăugați mai multă profunzime imaginii.

Cum se pregătește lemnul

Pentru început, trebuie să alegeți tipul de lemn potrivit aplicației. MDF-ul este în general nerecomandat din cauza conținutului ridicat de adezivi. În schimb, multiplexul, de exemplu placajul de mesteacăn, este mult mai potrivit. Pentru cele mai bune rezultate, se recomandă pregătirea unei bucăți de placaj plat, neted și șlefuit. Este ideal să șlefuiți placajul înainte de a aplica bicarbonatul de sodiu.

Cum se pregătește imaginea

Asigurați-vă că fotografia este clară și de înaltă calitate. Puteți, de exemplu, să utilizați o fotografie cu cel puțin 350 DPI și cu dimensiuni de peste 3000 x 3000 pixeli. Se recomandă evitarea fotografiilor de calitate scăzută, deoarece imaginea gravată va fi neclară. Puteți utiliza tehnica de conversie în nuanțe de gri.

Tratamentul cu bicarbonat de sodiu

Pentru prepararea soluției, amestecați 4 linguri de bicarbonat de sodiu cu 500 ml de apă. Amestecați bine și turnați în flacon cu pulverizator. Aplicați uniform pe suprafața lemnului și lăsați la uscat timp de 24 de ore. Odată uscat corespunzător, veți observa că lemnul capătă un luciu opalescent.

Puteți elimina stratul de luciu cu o mașină de șlefuit orbitală și hârtie abrazivă de granulație 320, pentru a obține din nou o suprafață netedă și plană. Apoi, utilizați un aspirator dotat cu perie pentru a îndepărta reziduurile de pe suprafață. Asigurați-vă că nu mai există pete albe pe lemn.

După ce ați convertit fotografia selectată la nuanțe de gri și ați calibrat distanța de lucru, poziționați lemnul astfel încât fibra să fie perpendiculară pe direcția de gravare laser.

Puteți apoi să începeți procesul de gravare pe lemn. Este important de observat că, datorită tratamentului cu bicarbonat de sodiu, puterea cu care sunteți obișnuit să gravați va produce efecte similare unui nivel de putere mai redus.

Este recomandat să pregătiți un material de test pentru a verifica ce viteză și putere laser vor genera rezultate satisfăcătoare. Puteți grava doar câțiva milimetri pentru a vedea dacă nuanța gravurii este pe placul dumneavoastră. Acest test se poate repeta pentru mai multe imagini. Trebuie să urmăriți zonele cele mai închise ale imaginii gravate și să le folosiți ca referință pentru găsirea parametrilor optimi.

După ce ați stabilit parametrii necesari pentru a obține nuanța dorită, puteți începe gravura laser finală a piesei.

Când imaginea gravată este gata, pe piesa de lemn rămâne întotdeauna un praf de cenușă. Puteți îndepărta acest reziduu prin suflare, însă nu este obligatoriu. Pentru a sigila imaginea, trebuie aplicate mai multe straturi subțiri de lac pe suprafața gravurii. Fiecare strat trebuie să fie foarte subțire și este necesar să lăsați să se usuce complet între aplicări. După aplicarea a 3 straturi subțiri de lac și uscarea completă, puteți manipula piesa gravată cu mâinile.

Rezultatele obținute sunt prezentate mai jos:

Datorită riscurilor semnificative pentru sănătate, procesarea materialelor cu lasere CNC de mare putere impune respectarea unor reguli stricte de siguranță:

• În timpul funcționării, purtați întotdeauna ochelari de protecție și acordați atenție atât fasciculului emis de capul laserului, cât și radiațiilor reflectate sau difuzate.
• Se recomandă instalarea de capote suplimentare pe utilaj pentru a facilita ventilarea, evacuarea fumului în afara incintei și protecția suplimentară împotriva luminii laser difuzate.
• Este important să curățați suprafața lemnului de orice particule de praf, de exemplu cu o cârpă umedă. Astfel, în timpul procesului de gravare laser, veți preveni aprinderea fragmentelor mici de material sau pulberii de lemn.
• Deoarece lemnul este un material inflamabil care degajă cantități mari de fum, spațiul de lucru trebuie să fie foarte bine ventilat.
• La procesarea plăcilor multiplex, a PAL-ului sau MDF-ului, adezivii conținuți pot degaja vapori toxici.

Dorim să mulțumim în mod special lui Andre Alexander Wijn pentru fundamentarea secțiunii „Gravare pe lemn tratat cu bicarbonat de sodiu”, ce a inclus testarea și identificarea modului de gravare pe lemn tratat, furnizarea de materiale vizuale, precum și redactarea textului inițial, ulterior editat de echipa noastră de Web Development. Mulțumim, de asemenea, lui Paul Deutsch (vă rugăm să vizitați grupul său de Facebook PLDesigns) pentru furnizarea fotografiei Speed versus Power din secțiunea Gravură laser pe lemn.