Выбор мощности ЧПУ гравировального лазера — 6 Вт, 15 Вт или 45 Вт?

При выборе синего лазера для резки и гравировки по дереву зачастую требуется определиться с его мощностью. Лазер с мощностью 6 Вт, например, PLH3D-XT-50, предлагает баланс между скоростью и точностью. Этот лазер способен выполнять гравировку изображений в формате Ultra HD, а также обеспечивает резку на максимальной скорости популярных ЧПУ-станков.

Однако для такой высокой точности требуется оборудование с не только высокой точностью позиционирования, но и достаточной жёсткостью конструкции, чтобы обеспечивать высокую повторяемость траектории после изменения направления движения головки. Кроме того, менее мощный ЧПУ-лазер требует больше времени для завершения гравировки, поскольку изображения с высоким разрешением состоят из большего числа более тонких линий, а увеличение размера пикселя требует снижения скорости движения головки.

Лазерная головка PLH3D-XF+ 6 Вт менее точная, но за счёт большего размера пикселя обеспечивает более высокую производительность. Например, она способна быстро создать изображение 30×30 см, состоящее из пикселей размером 0,5 мм. Эффективное разрешение — 600×600 пикселей (всего 360 тыс. точек), в то время как работа с пикселем 0,1 мм дала бы изображение в 9 млн пикселей (3000×3000). Эта разница огромна с точки зрения времени гравировки, а увеличение размера пикселя (и снижение разрешения) будет заметно только на расстоянии менее 1–2 метров.

Лазерная головка на 15 Вт — это головка на трёх лазерных диодах, использующая прецизионную оптику и обладающая самой высокой плотностью мощности из представленных аналогов. PLH3D-15W имеет такой же размер пятна, как и PLH3D-6W-XF+ с апгрейдом объектива uSpot, но в три раза выше плотность мощности, что делает его идеальным для быстрой резки древесины.

PLH3D-XT8 обеспечивает беспрецедентную оптическую мощность 45 Вт, что значительно упрощает работу с толстыми древесными заготовками (до 20 мм). При этом этот лазер способен выполнять высокоразрешающую гравировку. Благодаря увеличенной глубине резкости, XT8 легко компенсирует неровности поверхности без постоянных перенастроек. XT8 — незаменимый инструмент для лазерной резки древесины и древесных композитов.

Свойства материала

Резка и гравировка древесины лазером с ЧПУ зависит от вида древесины, её твёрдости, а также от других параметров — влажности и структуры. Самыми лёгкими для лазерной резки материалами являются бальза и авиамодельная фанера. Фанера состоит из двух слоёв более твёрдой древесины и наполнителя — обычно бальзы. Резка этих материалов наименее проблематична, процесс отличается высокой повторяемостью, поскольку древесина не содержит сучков и имеет ячеистую однородную структуру. При выборе материала для лазерной резки или гравировки рекомендуется проверять его однородность. Некоторые варианты бальзы дешевле, однако могут содержать включения более твёрдых пород, труднопроходимых для лазерного луча. Аналогичные рекомендации применимы к авиамодельной фанере.

К другим видам относятся массив дерева и твердая строительная фанера, например, используемая в производстве оконных рам. Твердость древесины и, у фанеры, вид клея делают такие материалы менее подходящими для резки диодными лазерами. При обработке лазерным резчиком по дереву образуется аналогичный копоти налёт чёрного цвета. Слишком медленная резка приводит к тому, что древесина полностью покрывается этим слоем, что дополнительно замедляет процесс, а зона вокруг реза становится перегретой и темнеет. Поэтому такие материалы рекомендуется разрезать на высокой скорости, снимая тонкие слои за один проход. Это облегчает удаление стружки и предотвращает перегрев, потемнение и образование нежелательных отложений. Для уменьшения обугливания кромки и ускорения процесса резки и гравировки до 6,5 раз вы можете использовать нашу сопло с подачей сжатого воздуха.

Выбор материала и подготовка поверхности

Результаты гравировки во многом зависят от породы древесины. Необходимо учитывать несколько параметров.

Годовые кольца и однородность поверхности. Для получения лучшего результата гравировки требуется материал однородного цвета. При гравировке оттенками серого необходимо помнить, что более тёмная поверхность поглощает больше энергии лазера (но при этом снижает контраст изображения). Все кольца, будучи более тёмными, сильнее поглощают свет и быстрее нагреваются, даже при сниженной мощности лазера. Это приведёт к потемнению изображения на этих участках и может вызвать нежеланную цветовую неоднородность. Кольца будут видны, как на старых обоях под слоем прозрачной краски.

Древесные композиты. Поверхность МДФ хорошо отображает полутона серого. Эти материалы лишены уникального рисунка натурального дерева, поскольку не содержат годовых колец, однако обеспечивают стабильную и воспроизводимую передачу оттенков. Однако стандартные плиты МДФ имеют коричневую или тёмно-коричневую окраску, из-за чего на них невозможно получить высококонтрастные или светлые изображения. Также необходимо учитывать, что при гравировке по ДВП или МДФ выделяются токсичные газы.

Твёрдость древесины. Как правило, лазерная гравировка по твёрдым породам существенно не изменяет поверхность. В свою очередь, мягкая древесина — особенно на тёмных участках изображения, где воздействие лазерного луча будет выше — может обугливаться на ощутимую глубину. Этот эффект особенно ярко выражен у авиамодельной фанеры и бальзы. К тому же тёмные участки будут покрыты хрупким налётом, легко загрязняющим поверхность заготовки.

Подготовка поверхности. Рекомендуется предварительно обработать поверхность дерева (например, отшлифовать), чтобы сделать её максимально ровной и обеспечить постоянное расстояние между лазерной головкой и материалом. Это фундаментальное условие для достижения высокого качества градаций полутонов: неровная поверхность вызовет локальные отклонения фокуса луча и, следовательно, энергоёмкости прожига, а также приведёт к изменению размера светового пятна, что скажется на размере пикселя и цветовой однородности.

Скорость против мощности

Точная настройка лазерного пятна для гравировки по дереву

Для достижения высокой скорости гравировки необходимо правильно сфокусировать лазерный луч. Для этого можно использовать один из двух основных методов. Первый позволяет получить минимальный размер пятна и, соответственно, максимальную плотность мощности. Очень малая площадь пятна обеспечивает, что плотность мощности — рассчитанная как мощность, деленная на площадь — достигает максимального значения, что позволяет работать на максимальной скорости. Калибровку следует начать с нанесения нескольких линий на разных расстояниях головки и вдоль обеих осей перемещения станка. Затем выбираются параметры, при которых линии сетки оказываются наиболее тонкими. Недостаток этого метода — пятно не будет квадратным, что связано со свойствами оптики лазерной головки, которая формирует изображение излучателя лазерного диода на поверхности древесины. Округлая форма пятна не является оптимальной для гравировки изображений, построенных на пикселях.

Программное обеспечение, доступное для станков с ЧПУ, может быть оснащено функцией выбора типа пятна, а также метода лазерной гравировки, например, слева направо, сверху вниз или по диагонали. Наш опыт показывает, что наилучшие результаты достигаются при работе в диагональном режиме. Это обеспечивает максимальную однородность оттенков. На краях пятна плотность мощности немного ниже, чем в центре, поэтому при диагональном способе проходы луча лазера частично перекрываются, что предотвращает появление четких краев у линий изображения и зазоров между ними.

Во втором, уже описанном методе фокусировки луча, стремятся получить квадратное лазерное пятно, соответствующее размеру пикселя. Для применения этой техники необходимо сначала выгравировать небольшие квадраты на разных расстояниях головки лазера и выбрать параметры, при которых квадраты имеют стороны одинаковой толщины. Таким образом, лазер с ЧПУ будет наносить линии одинаковой толщины независимо от направления перемещения (по горизонтали или по вертикали).

Скорость лазерной гравировки, достигаемая вторым методом, будет чуть ниже, чем при диагональной технике, однако визуальный эффект отличается. Каждый из описанных методов имеет свои достоинства и недостатки, и ни один нельзя однозначно считать лучше или хуже другого. Пользователь должен самостоятельно протестировать каждую технику и выбрать наиболее подходящую для своих задач.

Гравировка по дереву, обработанному раствором пищевой соды

Обработка заготовки древесины, на которой планируется лазерная гравировка, может помочь добавить изображению глубины.

Как подготовить древесину

В первую очередь необходимо определить, какой тип древесины подходит для ваших задач. МДФ обычно не рекомендуется из-за высокого содержания клея. Слоистые древесные материалы, например, фанера из березы, наоборот, гораздо более пригодны для такой обработки. Для достижения наилучших результатов рекомендуется брать ровную, гладкую и отшлифованную фанеру. Оптимально отшлифовать поверхность фанеры перед нанесением раствора соды.

Как подготовить изображение

Убедитесь, что фотография резкая и высокого качества. Например, используйте изображение с разрешением не менее 350 DPI и не менее 3000 на 3000 пикселей. Следует избегать изображений низкого качества, иначе готовая гравировка получится размытой. Можно использовать технологию градаций серого.

Обработка раствором пищевой соды

Для приготовления раствора смешайте 4 столовые ложки пищевой соды с 500 мл воды. Хорошо размешайте и перелейте в бутылку с распылителем. Равномерно распылите раствор на древесину и оставьте сушиться на 24 часа. После полного высыхания на поверхности появится налет с характерным матовым блеском.

Налет можно удалить эксцентриковой шлифмашиной с абразивом зернистостью 320 для получения снова ровной и гладкой поверхности. После этого с помощью пылесоса с щеткой очистите поверхность от остатков шлифования. Необходимо убедиться, что на древесине не осталось белых следов пыли.

После перевода выбранного изображения в градации серого и калибровки рабочего расстояния расположите древесину так, чтобы волокна были перпендикулярны направлению гравировки лазером.

Теперь можно приступать к гравировке. Следует учитывать, что после обработки древесины раствором соды мощность лазера, к которой вы привыкли, даст такой эффект, словно используется меньшая мощность лазера.

Рекомендуется заранее подготовить тестовый образец для подбора подходящей мощности и скорости лазера. Можно выгравировать лишь несколько миллиметров и оценить получившийся оттенок. Такой тест можно провести с несколькими разными изображениями. Следует ориентироваться на самые темные участки гравировки и использовать их как ориентир для поиска оптимальных параметров.

Определив параметры, необходимые для желаемого оттенка цвета, можно начинать гравировку финального изделия.

После окончания гравировки на изображении всегда остается некоторое количество золы. Ее можно сдуть, но это не обязательно. Для фиксации изображения удобнее всего нанести на изображение несколько тонких слоев защитного покрытия. Каждый слой следует наносить очень тонко, давая предыдущему полностью просохнуть. После нанесения трех тонких слоев лака и полного высыхания готовое изделие можно держать руками.

Результаты приведены ниже:

Из-за серьезных рисков для здоровья работа с материалами на станках с ЧПУ высокой мощности требует соблюдения ряда мер безопасности:

• Всегда используйте защитные очки при работе, обращая особое внимание не только на излучение из головки, но и на отраженные и рассеянные лазерные лучи.
• Настоятельно рекомендуется устанавливать на оборудование дополнительные кожухи, которые облегчают вентиляцию для удаления дыма за пределы помещения, а также обеспечивают дополнительную защиту от рассеянного лазерного излучения.
• Важным этапом является очистка поверхности древесины от пыли, например, влажной тряпкой. Это позволяет избежать воспламенения мелких частиц материала и древесной пыли во время гравировки.
• Поскольку древесина — горючий материал, выделяющий большое количество дыма, рабочее помещение должно хорошо проветриваться.
• Обработка фанеры, ДСП или МДФ может привести к выделению токсичных паров от клеев, содержащихся в материале.

Выражаем особую благодарность Андре Александеру Вийну за работу над разделом статьи "Гравировка по обработанному пищевой содой дереву", включая проверку и тестирование технологии лазерной гравировки древесины, обработанной раствором соды, предоставление визуальных материалов, а также написание первоначального текста, который впоследствии был доработан нашей командой Web Development. Также благодарим Пола Дойча (приглашаем посетить его Facebook-группу PLDesigns) за предоставление фотографии “Скорость против мощности” для раздела "Лазерная гравировка по дереву".