Що таке лазерна обробка акрилового листа

Коли йдеться про різання акрилового листа, CO2-лазери зазвичай вважаються потужним і економічно-ефективним рішенням за умови, що вони використовуються для відповідних застосувань. Для завдань, пов’язаних із невеликими, складними деталями, які вимагають чистих, гострих внутрішніх кутів, або для деталей практично будь-якого розміру, для яких потрібен допуск на різання менше 0,005 дюйма на фут, лазер часто є найкращим інструментом для роботи. Однією з головних причин цього є те, що лазерне різання дає дуже вузький проріз, зазвичай від 0,010 до 0,020 дюйма. Крім того, він пропонує надзвичайну гнучкість щодо форми та розміру, і, мабуть, найголовніше, він залишає полірований край,-захищений від пилу. Через ці фактори це найкращий вибір для багатьох-високоякісних програм.

Equipment Overview

По суті, CO2-лазери працюють шляхом випромінювання паралельного променя світла. Це світло має специфічну довжину хвилі 10,6 мікрон. Варто зазначити, що ця конкретна довжина хвилі дуже добре поглинається не-металевими матеріалами. Коли цей промінь світла, або енергії, фокусується через лінзу в дуже малу точку, він фактично випаровує матеріал, який лежить на його шляху.

З точки зору конфігурації машини, сфокусований лазерний промінь може залишатися нерухомим над позиціонуючим столом X-Y. Крім того, його можна розташувати над нерухомою поверхнею за допомогою так званої в промисловості конфігурації «літаючої голови». Пояснити установку «літаючої головки» просто: сам лазерний промінь рухається по заготовці вздовж однієї або двох осей через систему дзеркал і механічного механізму позиціонування. Контролери, комп’ютери та програмне забезпечення, які використовуються для керування позиціонуванням як лазера, так і роботи, насправді дуже схожі на апаратне та програмне забезпечення, яке є в іншому обладнанні для обробки з ЧПК. Отже, розробляти та використовувати лазерний різак насправді не складніше, ніж працювати з будь-яким іншим стандартним верстатом з ЧПК.

Коли ви налаштовуєтеся на різання акрилу лазером, є три основні змінні, на які вам потрібно звернути увагу. Кожне з них впливатиме як на якість різу, так і на рівні напруги в матеріалі. Ці змінні:

Потужність лазера.
Швидкість подачі.
Частота пульсу.

Усі ці параметри можна налаштувати відповідно до різних типів матеріалів, різної товщини та бажаної обробки краю. Для різання акрилового листа можна використовувати лазерну установку потужністю всього 40 Вт для товщини приблизно до ¼ дюйма. Однак, якщо ви хочете досягти гарної якості кромки за допомогою меншого лазера, такого як цей, вам, по суті, доведеться знизити швидкість подачі приблизно до 20 дюймів на хвилину.

З іншого боку, для більш товстих аркушів або якщо вам потрібна більша швидкість подачі, потрібна більша лазерна система. Наприклад, 180-ватний лазер, як правило, забезпечить швидке та економічне різання більшості товщин акрилового листа, працюючи лише на 75% потужності. Машини з ще більшою потужністю, в діапазоні від 500 до 1000 Вт, забезпечують набагато більшу швидкість подачі, а також дозволяють використовувати кілька ріжучих головок одночасно.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

Зазвичай спостерігається, що збільшення потужності лазера при певній швидкості подачі призведе до глянцевішого покриття. Однак недоліком є те, що це також збільшує рівень напруги на краю листа. Навпаки, використання вищої швидкості подачі в поєднанні з вищою частотою пульсу зазвичай дає кромку з меншим напруженням, хоча поверхня буде менш глянцевою.

Що стосується частоти пульсу (яка вимірюється в імпульсах за секунду, або pps), то це просто швидкість, з якою лазер «спрацьовує». Важливо розуміти, що лазерний промінь насправді є серією невеликих спалахів або імпульсів, а не одним безперервним потоком. Ви можете контролювати частоту пульсу двома основними способами: пропорційно часу або пропорційно пройденій відстані.

Хоча метод пропорційності частоти пульсу до часу є більш поширеним і легшим для програмування на початку, цей метод часто призводить до спалених внутрішніх кутів. Причина цього полягає в тому, що контролеру X-Y, природно, потрібно більше часу, щоб перейти через поворот, ніж для руху по прямій. Як наслідок, кути-особливо внутрішні-поглинають надто багато енергії, спричиняючи їх плавлення та надмірне-напруження. Це важливий момент, який слід враховувати під час різання-чутливих матеріалів, таких як акрил і полікарбонат. Внутрішні кути, як правило, є слабкими місцями, які витримують високі навантаження. Тому потрібно зробити все можливе, щоб мінімізувати напругу або виїмки в цих зонах.

Пропорційність частоти пульсу до пройденої відстані усуває значну частину цієї проблеми. Оскільки контролер автоматично уповільнює швидкість подачі в кутах, частота пульсу також сповільнюється. Це гарантує, що кількість енергії, випромінюваної в будь-якій даній точці розрізу, залишається постійною.

Немає значення, наскільки складний ваш контролер чи швидкість вашої подачі; Крайове напруження - це те, що завжди потрібно враховувати в певних додатках. Щоразу, коли лист акрилу або полікарбонату нагрівається, існує потенціал теплового стресу. Ця проблема є найбільш важливою, коли нагрівається лише частина аркуша, що саме відбувається під час лазерного різання.

Поверхня між не{0}}нагрітим тілом листа та швидко нагрітим і швидко охолодженим краєм дуже чутлива до розтріскування. Ці зони із сильним навантаженням можуть поширюватися приблизно на 0,010–0,050 дюйма всередину листа залежно від товщини. Ці ділянки дуже схильні до розтріскування, якщо вони контактують з несумісними розчинниками або зазнають сильного механічного навантаження, наприклад згинання.

Ви можете мінімізувати цю проблему напруги на краю, регулюючи швидкість подачі, частоту пульсу та потужність. Використання нижчої потужності та повільної частоти імпульсів у поєднанні з відносно високою швидкістю подачі зменшує загальну кількість енергії або тепла, що поглинається листом. Це, у свою чергу, зменшує як величину напруги, так і відстань, на яку напруга поширюється всередину листа. Однак слід визнати, що ці умови призведуть до менш глянцевого покриття країв. у деяких конкретних випадках може бути практичним повністю зішкребти або видалити пошкоджені ділянки.

Більшість-потужних лазерних систем оснащено вакуумним утримуючим-столом і газовим допоміжним потоком. Кілька факторів тут можуть вплинути на кінцеву якість різання: тип використовуваного газу, швидкість потоку цього газу та ефективність вакуумного столу у випуску парів. Хороший потік газу через розріз у поєднанні з ефективним вакуумом допомагає видалити випари, які інакше можуть пошкодити заготовку, спричинити невеликі-спалахи та обвуглювання або залишити небажані залишки.

Laser Cuttable Masking

Ефективність маскування є ще одним важливим критерієм при виборі акрилового листа для конкретного застосування. Якщо маскування не прилягає належним чином, деталі можуть бути пошкоджені або подряпані під час процесу виготовлення, що може негативно вплинути на ефективність самого процесу. І навпаки, якщо маскування надто складно видалити, це призводить до додаткової праці та вищих витрат. Вибір правильного маскування для процесу виготовлення є ключовим для мінімізації цих проблем.

Традиційно маскування паперу було стандартним вибором для лазерного різання. Перевагою тут є те, що він не злипається з акрилом на краях розрізу. Його міцна стійка адгезія запобігає підйому маски під час обробки та різання, що захищає акрилову поверхню від гарячих, корозійних газів, які утворюються лазером. Проте поліетиленове маскування, яке можна різати лазером, тепер також доступне на акриловому аркуші.

Для сценаріїв, які вимагають максимальної ефективності та продуктивності, можна використовувати спеціальну легку -клейку поліетиленову маску. Цей тип маскування дуже легко видалити з готової деталі, але він все ще забезпечує достатню адгезію, щоб витримати звичайне використання. Незважаючи на те, що це рідко є серйозною проблемою, цей тип маскування може піднятися в місцях, де лазер надто довго простоює, завдяки його легшій клейкій формулі. Зазвичай це відбувається на початку різу або під час різання з дуже вузьким радіусом. Ви можете легко запобігти такому підйому, використовуючи «підведення-в» на початку розрізу та зменшивши частоту пульсу або потужність під час навігації на крутих поворотах.

Якщо вам потрібен чистий, полірований край, доступна спеціальна без{0}}адгезивна поліетиленова маска. Оскільки всі клейкі-маски залишають принаймні трохи слідів на обрізаному краї, вони можуть трохи погіршити полірований вигляд. Таким чином, для додатків, які вимагають найвищої якості зовнішнього вигляду, рекомендується неклейка маска, яка «розрізається лазером». Хоча це маскування може бути дещо важче видалити, ніж клей, воно забезпечує дещо вищу якість краю та більш стійкий до підняття краю. Якщо підйом все-таки стався, ви можете вжити подібних заходів до описаних вище.

Ще один момент, який слід враховувати щодо маскування, - це зморшки. Щоб зберегти оригінальну оптику листа, маскування-особливо на верхній поверхні-має бути без зморшок. Якщо маскування не має прямого контакту з листом у точці різання, між маскуванням і листом можуть потрапити гарячі гази, що призведе до травлення поверхні. Зазвичай травлення є меншою проблемою на нижній частині аркуша, оскільки більшість столів X-Y використовують систему вакуумного утримування-, яка ефективно відтягує гарячі гази, перш ніж вони можуть спричинити пошкодження.

Як і будь-який складний механізм, лазерні різаки потребують регулярного обслуговування для забезпечення оптимальної продуктивності. Рекомендується вести облік налаштувань потужності, необхідних для різання певної товщини матеріалу з певною швидкістю. З часом ви, ймовірно, виявите, що потрібно збільшити потужність або зменшити швидкість різання. Зазвичай це відбувається через забруднення або розфокусування лазерної оптики. У цьому випадку якість різу погіршиться. Регулярне технічне обслуговування, яке виконується кваліфікованим техніком, має важливе значення для підтримки ефективності та якості різання.

Хоча лазери, безсумнівно, є високо-потужними та складними інструментами, вони не обов’язково є більш небезпечними, ніж будь-яке інше торгове обладнання, за умови, що їх встановлено та експлуатується належним чином. Зазвичай для захисту очей достатньо стандартних захисних окулярів. Однак важливо зазначити, що не всі стандартні захисні окуляри непрозорі для довжини хвилі світла 10,6 мікрон (що означає оптичну щільність 5 на 10 600 нанометрів), яка є загальною для цих лазерів.

Відповідно до стандарту ANSI Z136.1, захисні окуляри повинні бути чітко позначені як довжиною хвилі, так і фактором захисту оптичної щільності.

Крім того, вихлопна система абсолютно необхідна для видалення потенційно шкідливих випарів, які утворюються під час різання. Залежно від конкретного матеріалу, який обробляється, може навіть знадобитися відфільтрувати ці пари перед тим, як вивести їх у зовнішнє середовище. Як і у випадку з будь-яким іншим обладнанням, перед використанням системи лазерного різання є обов’язковим знання правил експлуатації та процедур безпеки.

Emissions

Різними дослідниками було проведено ряд наукових досліджень, які намагалися визначити точну кількість і тип випромінювання, яке є результатом лазерного різання акрилу. Незважаючи на всі ці зусилля, неможливо з повною впевненістю передбачити точні побічні-продукти та їх концентрацію у викидних газах.

Ці викиди залежать від низки факторів, у тому числі параметрів лазера, параметрів обробки, використовуваних покривних газів, методу випуску та точного хімічного складу акрилового полімеру. Крім того, у більшості цих досліджень не враховується вплив захисного паперу чи поліетиленового маскування, а також не розглядається можливий вплив будь-яких покриттів.

Коли акрил розрізається лазером, більша частина розкладеного матеріалу знову перетворюється на мономери, що входять до його складу. у більшості акрилових листів ці мономери складаються з понад 90% метилметакрилату, решта – метакрилат. Крім того, багато постачальників зазвичай використовують етилакрилат у своїх акрилових композиціях.

(Слід зазначити, що етилакрилат включено Національною програмою токсичності до списку речовин, які можуть бути канцерогенними. Подібним чином Міжнародне агентство з дослідження раку зараховує етилакрилат до ймовірних канцерогенів.)

Під час незалежних наукових досліджень, проведених Хеферкампом, Геде, Енгелем і Віттбеккером, вони виявили, що серед пластмас, які вони тестували, акрил фактично призводив до найменшого утворення аерозолю (<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

Інші дослідники, зокрема Тротон, Сімс, Елвуд і Тейлор, виявили, що крім мономеру метилметакрилату, були невеликі кількості толуолу, метил-2-метил-3 пентеноату, ксилолу, триметилбензолу та алканів. Цікаво, що вони не виявили ПАУ (поліциклічних ароматичних вуглеводнів), що суперечило попереднім висновкам Болла, Куліка і Тана.

Рекомендується встановити відповідне вентиляційне обладнання, щоб гарантувати, що рівень впливу на працівників буде нижчим за нормативні рівні. Крім того, слід звернути увагу на екологічні норми, якщо ви відпрацьовуєте гази на вулиці. Виробники обладнання для лазерного різання зазвичай можуть надати вказівки щодо того, як правильно збирати та поводитися з лазерним випромінюванням.