Лазерні гравери: від теорії до практики
Олександр Чистяков
Гравірування
на сьогоднішній день - цікава і досить перспективна галузь, і основний
питання, яке хвилює учасників ринку, - які витрати на її освоєння.
В
Зараз на російському ринку представлено майже два десятки марок
лазерних граверів. Приблизно схожі за загальним пристрою, вони багато в чому
розрізняються комплектацією і функціональними можливостями. При виборі
обладнання головне завдання полягає в тому, щоб максимально чітко визначити
мети використання цього виду обладнання. Наступний момент - аналіз витрат:
на що потрібно звернути особливу увагу при бюджетуванні і чого не забути. І
в кінцевому підсумку куплене обладнання необхідно грамотно підключити і
створити максимально комфортні умови для його роботи.
Зробити вибір
Загальна
пристрій лазерного устаткування включає п'ять основних систем (рис. 1):
оптичну (лазерний джерело і блок живлення, система дзеркал і фокусуються
лінза); трансмісійні (включає направляючі, трехфазовие крокові
мотори/серводвігателі/лінійні двигуни, приводний вал, зубчастий ремінь і
зубчасті колеса); контролю (головна плата/блок ЧПУ, датчики
двигунів/положення, блоків живлення постійного струму); механічну (станина і
корпус); охолодження (компресор, вентиляція та ін.)
При
загальних рівних даних начинка машини може змінюватися. Як показує практика,
відмінності в основних системах впливають на довговічність і надійність деяких
елементів конструкції в цілому. У процесі експлуатації обладнання цей фактор
важливий, і від того, наскільки глобальний характер носять технологічні
зміни, настільки може відрізнятися модельний ряд, ускладнюючи тим самим
прийняття остаточного рішення при виборі обладнання.
Перш
ніж купувати обладнання, необхідно оцінити кілька критеріїв: ціну,
надійність і потужність. Ціна і надійність залежать, як правило, від марки
граверів, і чим надійніше обладнання, тим вони вищі.
А
ось на потужність граверів варто звернути увагу в першу чергу. Вона може
складати від 25 до 120 Вт, а іноді і вище. Так, при виборі необхідно
розглянути всі мінуси і плюси гравера потрібної потужності. Наприклад, якщо
обладнання планується використовувати для гравірування та різання матеріалу
невеликих товщин, досить буде придбати гравер потужністю 35 Вт. Але потрібно
розуміти, що різати він зможе лише товщину 4-5 мм.
Якщо
обладнання розраховане на 35 Вт, то і випромінювач має ту ж потужність, тому що
кожної потужності відповідає свій випромінювач. Існує можливість установки
на обладнання трубок (випромінювачів), відмінних від номінального показника
потужності. Якщо вони відрізняються в меншу сторону, неминучі втрати в
продуктивності. А установка трубки більшої потужності, ніж та, на яку
розрахований гравер, за оцінками фахівців, - просто марна трата коштів. І
думку, що недостатню потужність обладнання можна компенсувати установкою
трубки більшої потужності, помилкова.
Зупинимося
також на відмінностях в системах оптичної та охолодження.
У чому річ
Одне
з принципово важливих умов використання лазерного випромінювання --
необхідність його фокусування в одній точці для отримання більш потужного
випромінювання. Обмеження щодо оброблюваної товщині матеріалів обумовлюються як
характеристиками самого лазерного обладнання (потужність), так і фокусуванням
лазерного променя. Якщо з потужністю все ясно (чим вона вище, тим ширше можливості
обробки великої товщини), то про фокусуванні варто поговорити докладніше.
Фокусування
світлового потоку дозволяє концентрувати потужність лазерного випромінювання.
Необхідний для цього інструмент - оптична лінза, від фокальної відстані
якої залежить товщина оброблюваного матеріалу. Лінза грає роль
своєрідного концентратора світла. Чим більше діаметр фокусу і вище потужність
лазерного випромінювання (ці параметри, як правило, пропорційні), тим більше
значної товщини матеріал можна обробляти.
Наприклад,
при потужності 100 Вт і 2-дюймовою лінзі неможливо обробити матеріал товщі 15
мм. Наступний елемент оптичної системи - що відображають дзеркала, що служать для
керування положенням області променя. У сучасної лазерної технології
існують дві їх модифікації: стаціонарна (мал. 2) і відхиляються (рис. 3).
Стаціонарна
система по продуктивності поступається відхиляються в 6,5 рази. Так,
максимальна швидкість гравіювання у системі зі стаціонарним розташуванням дзеркал
становить 1066 мм/с, тоді як система з відбивають дзеркалами здатна обробляти
матеріал зі швидкістю 7000 мм/с. Хоча порівнювати їх без застережень некоректно --
кожна служить для своєї мети.
Однак
лазерні гравери з системою що відхиляються дзеркал звичайно відрізняються меншими
розмірами робочого столу. У випадку зі стаціонарними дзеркалами робочий стіл
може мати габарити 2000Ч1600 мм, а з системою що відхиляються дзеркал - лише
200Ч200 мм (для YAG) і 300Ч300 мм (для СО2). Деякі виробники вирішують цю
проблему, роблячи стіл рухомим. Таким чином, переміщуються не тільки дзеркала,
але і сам стіл, розмір якого може перевищувати зону охоплення дзеркал.
Відзначимо,
що стаціонарна система дзеркал застосовується як в СО2-, так і в YAG-лазерах, а
от система відхиляються дзеркал використовується в основному на твердотільних.
Застосування системи відхиляються дзеркал в СО2-лазерах відбувається дуже рідко
(один випадок зі ста), і тільки для специфічних робіт.
З холодною головою
Ще
однією відмінністю лазерно-гравірувальних верстатів один від одного є система
охолодження граверів, яка може бути повітряної, водяний замкнутої або
водяний циклічно.
Повітряне
охолодження представлено декількома вентиляторами, паралельно включаються до
процесі експлуатації граверів. Охолоджувальних речовин служить повітря - система
проста в своїй конструкції і не вимагає додаткового обладнання.
Водяне
охолодження замкнутого типу являє собою водяну сорочку, що проходить по
нагріваються вузлів. Система включає ємність для охолоджуючої рідини (на
основі дистильованої води), насос для циркуляції рідини по системі і
охолоджує радіатор (принцип автомобільної системи охолодження). Вимагає
періодичної (не рідше одного разу на місяць) зміни рідини.
Система
водяного охолодження циркулюючого типу (проточна) застосовується на лазерах
промислового призначення. Вона являє собою ту ж водяну сорочку,
проходить через основні агрегати, насос для циркуляції, але замість ємності і
радіатора тут використовується контур, що проходить через центральну систему
водопостачання. Після охолодження агрегатів відпрацьована рідина надходить у
каналізацію, а в систему постійно надходить нова партія води - і так по
замкнутому колу. Мінусами системи є незручність у пошуку приміщень з
центральним водопостачанням і додаткові витрати при експлуатації.
Оцінимо рівень вкладень
Розібравшись
з основними функціональними відмінностями, перейдемо до оцінки сумарних вкладень,
потрібних при відкритті даного напрямку. Причому необхідно враховувати не
тільки ціну самого верстата, але і робіт з його обслуговування, а також вартість
витратних матеріалів.
Пропоновані
на ринку лазерні гравери багато в чому розрізняються по комплектації і
функціональними можливостями. Комплектація лазерного гравера залежить від цілей
його використання, специфіки проводитимуться на ньому робіт, і часто стандартний
набір комплектуючих доводиться доповнювати. Так, наприклад, для гравірування та різання
середніх і товстих матеріалів можна обійтися столом, включеним в стандартну
комплектацію. Однак для обробки таких матеріалів, як папір і тканина,
необхідний комірчастий стіл - стандартний для цих цілей не підходить. Але на
комірчастої столі з-за нагрівання осередків у процесі виробництва неможливо різати
товстий матеріал (від 3 мм).
Що
стосується витяжних систем, то в стандартну комплектацію входить найпростіша --
«Равлик», яка забезпечує витяжку продуктів випаровування з робочої зони
лазера, виносячи їх на вулицю.
Більше
дорогий варіант - вугільна витяжна система, що поглинає всі продукти
горіння і що виключає появу запаху в приміщенні навіть при відсутності витяжки.
Компресор
призначений для запобігання забруднення і перегріву лінзи (не дає диму і
кіптяви осісти на ній) і займання матеріалу. Також він поліпшує якість
гравіювання і різання при деяких режимах роботи.
Гравіювання
матеріалів циліндричної форми (гуртки, пляшки) має на увазі використання
пристосування для їх обертання.
Система
автофокусування самостійно встановлює лазерну голову в положення, при
якому маркується поверхню виробу знаходиться в фокальній площині. Можна
обійтися і без неї, якщо така функція є в програмному забезпеченні. За
приводу елементів, зарахованих до розряду витратних матеріалів, необхідно
відзначити, що лінзи та дзеркала з часом замінюють, оскільки вони каламутніють.
Лазерні джерела також нерідко відносять до видаткових матеріалів (рис. 4 на с.
16), оскільки термін їх експлуатації завжди обмежений. Якщо ж говорити про
тривалості терміну служби цих виробів, то вона сильно відрізняється
залежно від матеріалу. Так, скляні трубки поступаються по довговічності
металевим в середньому в п'ять разів (табл. 5 на с. 20). Скляні лазерні
трубки не мають ВЧ накачування і тому вони не можуть дати високої якості
гравіювання, до того ж їх термін життя визначений заздалегідь, тому що один з компонентів
газової суміші - гелій, а його в склі утримати просто неможливо. Якщо порівняти
термін життя скляних трубок на двох однакових верстатах, один з яких був
постійно завантажений, а інший практично не використовувався, то можна помітити,
що випромінювач на них вийде з ладу приблизно одночасно, приблизно
через 6 місяців. У трубок з металевою колбою термін життя залежить тільки від
режимів і безпосереднього часу роботи верстата. Якщо різати велике
кількість матеріалів, то трубка пропрацює в середньому 1,5-2 роки, а якщо
використовувати тільки метод гравіювання, термін життя збільшується до 5-6 років. Що
стосується робіт із заправки трубок, то скляні зазвичай не заправляють, а просто
міняють на нові, металеві ж набагато вигідніше заправляти. У той же час
європейські та американські скляні лазерні джерела розраховані на
перезаправки.
Сопло
для різання в процесі роботи забивається нагаром, і його чистять або змінюють у міру
необхідності.
Життя після покупки
Придбання
нового обладнання завжди пов'язане з рядом емоційних моментів. Його довго
вибирають, довго купують, і ось коли, нарешті, воно з'являється в офісі
компанії, з ним треба щось робити. Головне тут - не нашкодити. Якщо
говорити про встановлення устаткування, то для коректного його підключення
потрібно дотримуватись рекомендацій виробника і постачальника з установки
граверів. Останні, щоб уникнути проблем при інсталяції, рекомендують
здійснювати установку лазерів в присутності досвідченого професійного
інженера, сертифікованого заводом-виробником, оскільки цей процес
має деякі нюанси, які в інструкції можуть бути не прописані. Наприклад,
слід звертати увагу на те, що після підключення до електроживлення потрібно
провести пробний запуск, і тільки після цього приступати до юстування системи
відображення дзеркал. Далі підключити до керуючого комп'ютера, встановити
програмне забезпечення і знову зробити кілька пробних зразків на різних
видах матеріалів.
Не
варто забувати, що лазерні гравери - сучасні високотехнологічні
пристрої, дуже небезпечні для життя людини. При роботі з ними необхідно
дотримуватися техніки безпеки. Щоб попередити одержання травм, достатньо
дотримання простих правил: перед роботою переконатися, що лазерний промінь знаходиться
у відключеному стані (відстежити це можна візуально на дисплеї системи управління),
і перевірити, чи немає в робочій зоні «відбиття лазерного променя» сторонніх
предметів, а при виявленні - прибрати їх, для збереження здоров'я слід
включати систему витяжки для видалення продуктів випаровування з робочої зони; для
кращої функціональності системи витяжки рекомендується закривати її захисним
екраном - передньої кришкою (рис. 1а на с. 13); для запобігання забруднень
фокусуючий лінзи перед початком роботи необхідно переконатися, що система
видування кіптяви з носика функціонує справно. Під час експлуатації
обладнання потрібно стежити за станом лазерної трубки, дзеркал і лінз і
вчасно очищати ці елементи від пилу й кіптяви. В іншому випадку лінза може
луснути, а дзеркало - помутніти, викликавши необхідність його заміни на нове. Луч
лазера суттєво втратить свою потужність і вже не зможе різати товсті
матеріали.
Дотримуючись
цих нехитрих правил, можна значно знизити час, енерго-та фінансові
витрати в процесі введення нового напряму бізнесу в структуру
послуг, що надаються рекламно-виробничої компанії.
випаровуючи зайве
Технологія
лазерного гравірування заснована на видаленні поверхневих шарів або зміну їх
кольору або структури в результаті лазерного випромінювання. У місці дії променя
на поверхню виробу відбувається випаровування невеликої частини матеріалу.
Завдяки високій точності лазерного гравіювання можна наносити досить
складні зображення.
Управління
- Звичайним комп'ютером з можливістю імпорту зображень зі стандартних
редакторів векторної графіки. Тип нанесення - векторний і растрове. При
векторному промінь лазера завдає зображення у вигляді тонких ліній по всій площині
поверхні. Залежно від щільності розташування ліній якість гравірування
може змінюватися, але з його підвищенням одночасно збільшується і час,
витрачається на операцію. Растрове гравірування - процес, при якому промінь
лазера завдає окремі лінії або точки.
Таблиця
1. Періодичність виконання робіт з обслуговування граверів
Перелік виконуваних робіт
Періодичність
Оновлення газу в СО2-лазерах
У міру необхідності
Юстирування системи відображення
У міру необхідності
Зміна води в системі охолодження лазерної трубки
За рекомендацією виробника
Оновлення лазерного джерела
За рекомендацією виробника
Очищення фокусуючий лінзи
Щодня
Очищення спеціальним розчином дзеркал системи відображення
Раз на два дні
Очищення від пилу та змащування основних вузлів руху
(напрямні)
Раз на тиждень
Оновлення дзеркал системи відображення
Раз на півтора місяця
Очищення системи витяжки продуктів горіння
Раз на два місяці
Примітка.
Інформація взята з відкритих джерел.
Таблиця
2. Витратні матеріали
Витратні матеріали
Вартість, руб.
Лінзи
10 000-17 500
Активний елемент (лазерна трубка)
скляна/металева
Від 5000/45000
Оновлення газу для СО2-лазерів
5000
Сопло для різання
2000-3000
Дзеркала
Від 28 000
Набір для протирання оптики (серветки, рідина, груша)
Від 390
Серветки для протирання оптики
130
Технічна змащення
650
Примітка.
Інформація взята з відкритих джерел. Вказано приблизний порядок цін на травень
2007 р. Дані можуть змінюватися і потребують уточнення у постачальників.
Таблиця
3. Перелік постачальників і виробників лазерних граверів з цінами
Країна-виробник
Марка граверів
Тип лазерів
Вартість, тис. руб.
Epilog (США)
Epilog
YAG СО2
390 -1323
GCC Great
Computing Corporation (Тайвань)
LazerPro
СО2
234 -2594
GJ-L (Китай)
GJ-L
СО2
52 -190
GPLM (Росія)
GPLM, ЛЮР.
YAG
Від 1100
GRAPHEQ (Китай)
SL
YAG СО2 9
0 -1740
LDesigner (Росія)
LDesigner
YAG СО2
Від 1000
Lazer Line (Китай)
Lazer Line
СО2
300 -440
Laser
Tools & Technics Corp (Тайвань)
ILS
СО2
298 -1194
Multicam (США)
Multicam СО2 2854
Mecanumeric (Франція)
Lazec
СО2
2082 -5190
SEI The
Systems of Electronic and Information (Італія)
Personal, Giotto, Spooky Plus.
СО2
397 -4172,4
Sunlight (Китай)
SA, YM, SL, YAG.
СО2
182 -415
Trotec (Австрія)
Speedy
СО2
678 -4485
TST (Китай)
TST
СО2
51,9 -490
Universal LaserSystems (США)
Versalaser
СО2
200 -589
МЛ2 (Росія)
МЛ2
YAG
1100 -1300
Л-1 (Росія)
Л-1
СО2
Від 200
Примітка.
Інформація взята з відкритих джерел. Вказано приблизний порядок цін на травень
2007 р. Дані можуть змінюватися і потребують уточнення у постачальників.
Таблиця
4. Витрати на додаткове обладнання
Найменування устаткування
Вартість, тис. руб.
Пористий стіл для різання
14
Компресор для системи піддування
21 -42
Витяжні системи
59 -400
Пристосування для обертання циліндричних і конічних
виробів
42 -57
Система автофокусування з сенсорами
17
Оперативна пам'ять на 64 Mb
3
Коліматор
65 -78
Окуляри для захисту від лазерного випромінювання
0,4
Примітка.
Інформація взята з відкритих джерел. Вказано приблизний порядок цін на травень
2007
Таблиця
5. Порівняльні характеристики лазерних трубок
Скляні трубки
Металеві трубки
Ресурс роботи лазера, тис. ч.
3-4
15-50
Система охолодження
Рідинна
Рідинна/повітряна
Стабільність випромінювання при роботі
Гарна
Дуже висока
Середня потужність, Вт
До 100
До 600
Вартість лазерної трубки
Низька
Висока (в 200-300
разів дорожче скляних)
Примітка.
Дані надані компанією «САН
Список літератури
Вивіски
№ 7 (85), ЛИПЕНЬ, 2007 Г.
