Лазерные станки для гравировки и резки: преимущества, сфера использования и принципы работы

Лазерные станки:сфера применения,принцип работы,преимущества

На предприятиях используют различные станки, в том числе и лазерные. Они по сравнению с другими видами оборудования имеют множество преимуществ.

Применяют их для обработки маленьких партий заготовок, которые из различных материалов. Дерево или металл более приоритетны.

Подобные машины удобны для производства штампов, печатей, сувенирных изделий, плакатов, лекал и элементов интерьера.

Сфера применения и принцип работы

Станки для лазерной резки часто используют на предприятиях, изготавливающих рекламные материалы. А также применяют в таких сферах, как строительная, машиностроительная, авиастроительная, судостроительная, легкая промышленность.

Нельзя сказать, что это оборудование слишком сложное в эксплуатации. Вначале ручным способом делается необходимый чертеж заготовки. Затем основу закрепляют на столе лазерного станка для гравировки и резки. Необходимую работу осуществляет специальная лазерная головка. При этом механический контакт между самим инструментом и заготовкой отсутствует.

Луч, который разогревается до высокой температуры, производит резку. В месте разрезания металл расплавится и удалится струей газа.

Преимущества

Их достаточно много:

1. Заготовка не сомнется, не поцарапается во время работ.
2. Работы высокоточны.
3. Торцы заготовки не нуждаются в дополнительной обработке из-за чистого реза.
4. Есть возможность выполнять довольно сложные операции, такие как мельчайшие надписи, узоры.
5. Экономный расход материала.
6. Малый вес, небольшие размеры.
7. Для установки на производстве не нужен фундамент.

Виды лазерных головок

В подобном оборудовании используют различные инструменты. Для резки лазером используют 3 вида головок:

1. Твердотельные. Разогревается такая головка с помощью высоковольтной разрядной лампы. Они работают либо в импульсном, либо в постоянном режиме генерации.
2. С диодной накачкой. Это новое оборудование. Здесь не применяют разрядные лампы. Вместо них стоят светодиоды. Это более дорогие механизмы, но более безопасные и удобные в эксплуатации. В станках с такими головками нет элементов с высоким напряжением.
3. СО2-лазеры. Это наиболее современное оборудование. Его применяют и для резки алюминия.

Основные функции

Стол современного лазерного оборудования, как правило, сквозной. На таких столах можно обрабатывать заготовки, имеющие разнообразную длину. Современные конструкции станков можно дополнить различными элементами для повышения функциональности.

Это могут быть:

• подъемный стол, благодаря которому можно увеличить высоту по Z оси;
• поворотные механизмы, которые используют для обработки изделий цилиндрической формы;
• сотовые поверхности, предназначенные для работы с заготовками небольших размеров.

Гравировальный лазерный станок можно автоматизировать, благодаря применению ЧПУ. Такие механизмы будут стоить дорого, но они окажутся более производительными и удобными в работе.

На станках с ЧПУ можно минимизировать ошибки в гравировке или раскрое. Можно сказать, что их просто-напросто невозможно допустить, так как управление происходит благодаря особому, специально разработанному для такого оборудования, программному обеспечению. Трудности могут возникнуть только из-за ошибок, допущенных при разработке эскизов.

На таком оборудовании не нужно выполнять какую-либо ручную работу. Основная задача оператора — наблюдение за бесперебойной работой оборудования и отслеживание качества производимых заготовок. Подобные станки, как правило, оснащены дистанционным управлением.

Станки для металла

Для раскроя и гравировки из этого сырья часто применяют модели с CO2 инструментом. Лазерное оборудование можно использовать для нержавейки, стали, латуни, меди, алюминия. Такие агрегаты имеют высокую мощность луча.

Современный рынок наполнен оборудованием такого типа, предназначенным для резки листов металла, толщина которых 2 см. Под каждый вид металла есть своя технология раскройки и гравировки. Например, оборудование для резки нержавейки имеют узлы, с помощью которых детали обрабатываются азотной кислотой. Это вещество способно защитить металл от возгорания и окиси.

Для меди применяют станки с мощным рабочим инструментом. Лазерная резка на таком оборудовании делается на малых скоростях. Для работы с медью используют твердотельные головки.

Обработка стали или латуни на лазерном станке наиболее проста. Для этих металлов не нужны дополнительные устройства. Настройка оборудования достаточно проста.

Стоимость станка

На цену такого оборудования влияют множество факторов. Стоимость небольшой модели колеблется в пределах 90 — 100 тыс. руб. Более мощный станок с разнообразными приспособлениями выйдет дороже — от 200 до 500 тыс. руб. и выше.

Современные лазерные станки надежны, качественны и производительны. Их удобно применять для средних и небольших цехов. Цена на покупку оборудования такого рода может быть достаточно высокой, но за счет экономии материала и скорости работы, окупаемость станка будет быстрой.

Возможности лазерного ЧПУ станка

ЧПУ лазерный станок – это отличный выбор для тех, кто хочет изготовить сувениры, рекламную продукцию, мебель и другие вещи.

ЧПУ лазерный станок – это отличный выбор для тех, кто хочет изготовить сувениры, рекламную продукцию, мебель и другие вещи. Автоматизация резки позволит Вам выполнить различные операции с большой точностью и за небольшой период времени.

Материалы для обработки

С помощью лазерных аппаратов с числовым программным управлением можно обрабатывать такие материалы: акрил, полиэстер, двухслойный пластик, фанеру, шпон, дерево, картон и бумагу, кожу, камень, стекло, зеркало и др.

А с помощью бесконтактной технологии также возможна обработка достаточно тонких материалов (бумаги, кожи и прочего) – это материалы, работу с которыми еще недавно было довольно сложно автоматизировать.

Принцип работы

На сегодняшний день цены на лазерное оборудование приемлемые, а поэтому оно набирает популярность и используется не только в крупном, но и в мелком бизнесе. Даже самые бюджетные модели станков с ЧПУ отличаются хорошей продуктивностью и качеством работы.

Давайте рассмотрим конструкцию станка:

• цельная станина;
• горизонтальный рабочий стол;
• передвижной портал, который оснащен головкой, излучаемой лазерный луч.

Двигается исполнительный инструмент с помощью шагового электромотора, который управляется программой и устройством с числовым программным управлением. Это же ЧПУ отвечает за управление лазером и другими исполнительными механизмами.

Элементы оптического узла лазерного аппарата: лазерная трубка, головка излучатель, зеркала-отражатели, механизм фокусировки, линза фокусировки.

Возможности оборудования

Лазерный луч, который является основным рабочим инструментом данного оборудования, имеет высокую мощность (до 10 000 000 Вт/кв. см, толщина зоны воздействия 0,1 мм). Такие характеристики позволяют обрабатывать материалы различной толщины.

Также с помощью лазерной технологии можно получить детали сложной конструкции и различных размеров.

Рассмотрим конкретнее возможности лазерных ЧПУ машин:

Резка. Данная технология является доступной, но не считается самой эффективной. Это можно объяснить тем, что потребление у лазерного резака при сильной термической обработке меньше, нежели у плазменного. Преимуществом такой резки является точность краев и сбережение оптических характеристик материалов.

Есть два варианта резки: сквозная и несквозная. Вторая отлично подходит для декоративной продукции: лазером снимается верхний слой пластика, таким образом на втором слое формируется рисунок. Такая ювелирная работа под силу лишь станкам ЧПУ лазерным.

Самодельный лазерный гравер на базе программатора Ардуино

На сегодняшний день гравировка и лазерная резка — довольно прибыльное занятие, где всякий предприимчивый человек, имея нужную информацию и некоторый капитал, в состоянии недурно заработать. Лазерный гравер — это неплохое основание для реализации творческих идей, его универсальность и производительность всегда приятно удивляют мастеров.

Лазерная гравировка поверхностей

Лазерная гравировка — новейший прием нанесения на поверхность резко очерченного изображения с помощью концентрированного светового пучка.

Технология гравировки

Процедура гравировки сфокусированным лазерным лучом сопровождается высоким температурным нагревом материала. В зависимости от продолжительности действия лазера меняется цвет и появляется контрастность поверхности материала, происходит эффект его испарения или испепеления. Полученная вследствие обработки гравированная поверхность обладает устойчивостью к внешним физико-химическим воздействиям.

Несмотря на сходное технологическое предназначение, образцы оборудования для лазерной гравировки и резки кардинально отличаются своим функциональным потенциалом и укомплектовкой производителя.

Устройство конструкции

Основной характеристикой гравера является мощность лазерной трубки устройства. В состав устройства входят следующие структурные блоки:

• Оптическая система, которая представляет собой набор из неоднородных линз и служит для фокусирования и усиления светового пучка;
• Трансмиссионная система — трехосевые сервоприводы, обеспечивающие синхронность движения лазерного источника излучения;
• Система контроля — датчики и вычислительные схемы, задача которых — обеспечение безошибочного функционирования всех систем гравера;
• Механическая система — основные опорные части и вспомогательные механизмы, составляющие устройство машины;
• Система охлаждения — осуществляет теплоотвод от излучателя и состоит из комплекта кулеров и радиаторов для отвода температур.

Виды лазерных граверов

Среди множества промышленных лазерных устройств, востребованных в производственных процессах, можно подчеркнуть лишь два существенных вида:

• газовые — для гравировки неметаллических поверхностей (дерево, пластик, стекло, акрил, кожа, ДСП и др.) и резки какого угодно материала (при работе с металлом используют более мощную трубку от 500 Вт);
• волоконные и твердотельные — для работы как с металлическими, так и неметаллическими поверхностями (соответственно,++ выбирается необходимая мощность лазера).

Лазерный гравер на основе газа универсален и имеет относительно доступную цену, по этой причине прибор широко применяется в офисе или на дому. Предназначение твердотельного гравера — обработка металлов и отдельных видов твердого пластика. Более надежен и совершенен в работе, стоимость значительно выше газового прибора, соответственно, и качество гравировки лучше. Отличает эти устройства рабочая температура и длина волны лазерного излучателя.

Управление процессами лазерной гравировки производится с помощью персонального компьютера. Прогрессивные модели лазерных граверов укомплектованы электронным управлением и бортовыми программируемыми средствами автоматики. Дополнительно комплектуются системами вытяжки, специальными столами, устройствами для гравировки предметов, имеющими различные геометрические формы.

Сферы применения

Область применения лазерной гравировки довольно обширна, секрет ее популярности заключается в быстроте и качестве процесса. Себестоимость такой гравировки имеет относительно невысокий показатель.

Некоторые из производственных отраслей, в которых активно используется лазерная гравировка:

• Наружная реклама. Используется лазерная печать и нанесение рельефных отображений на баннерной ткани, а также для изготовления различного вида упаковки (в том числе сувенирного типа);
• Легкая промышленность. Наносятся узоры на коже и ткани, сложный раскрой материала;
• Гранитное производство пользуется художественной гравировкой для нанесения изображений на памятники;
• Художественная гравировка на камне, металле, дереве, пластмассе;
• В декоративном искусстве применяется гравировка по камню, дереву, металлу;
• В сувенирной отрасли — для изготовления брелоков, колец, поделок и т. п.

Лазерная гравировка является одним из наиболее ювелирных методов гравирования. Вследствие пикселизации до 1000 ppi (39 пикселей на миллиметр) есть возможность выполнять точное нанесение многообразных графических изображений даже на ничтожно малых плоскостях заготовок.

Стоимость аппарата для гравировки лазером обусловливается материалом, на который будет наноситься изображение, и объемом планируемой обработки.

Наряду с лазерным популярность набирает ультразвуковой режущий инструмент. Ультразвуковые граверы и ножи имеют высокие показатели акустической мощности и эксплутационной надежности.

Гравер своими руками

Сегодня выбору покупателя представлен солидный ассортимент лазерных гравировальных станков, более тридцати общеизвестных брендов занимаются поставками подобного оборудования на мировой потребительский рынок. Цены на станки китайских производителей вполне доступны, но приобретение гравировщика без дальнейшей рациональной эксплуатации неоправданно.

Альтернативный выход в такой ситуации — это самодельный лазерный гравер по дереву. Появление гравировочной машинки в арсенале вашего домашнего инструмента открывает новые горизонты для отдыха, работы и творчества.

Конструктивные составляющие

Рассмотрим конструкцию лазерного гравера, который можно изготовить своими руками. Из принтера заимствуется лазерная пушка мощностью 3 ватта. При изготовлении лазерного гравера из dvd своими руками используем такой перечень вспомогательных элементов:

• аппаратный программатор Arduino R3;
• дисплейная плата Proto Board;
• ступенчатые двигатели, можно воспользоваться электромоторами DVD-проигрывателя;
• лазерная пушка;
• элементы охлаждения;
• электрорегулятор напряжения постоянного тока DC-DC;
• транзистор MOSFET;
• электронные платы управления двигателями;
• концевые выключатели;
• корпусная часть;
• шкивы и зубчатые, передаточные ремни;
• шариковые подшипники;
• деревянная доска (35х10х2 см — 2 шт., 125х10х2 см — 2 шт.);
• круглый металлический стержень 10 мм в диаметре — 4 шт;
• крепежные элементы, сверла, абразив, хомуты и гелеподобная смазка;
• ручные тиски, циркулярка, набор инструмента для слесарных работ.

Электрическая часть

Главным элементом конструируемого механизма является излучатель лазера, на входных клеммах которого необходимо поддерживать постоянное напряжение величиною, не превышающей номинальных характеристик схемы. При несоответствии этого критерия существует вероятность сгорания ее составляющих.

Излучатель лазера, применяемый в установке указанной конструкции, предназначен для работы с напряжением 5 вольт при силе тока не более 2,4 ампера. Настройки электрорегулятора DC-DC производятся на значения: напряжение до 5 вольт, сила тока 2 ампера.

MOSFET транзистор служит для управления включением и выключением электронной схемы излучателя. Электросигнал, вырабатываемый программатором Ардуино, имеет довольно маленькую мощность, поэтому воспринимает его только транзистор MOSFET, который открывает или закрывает контур питания устройства излучения. Местоположение транзистора в электронной схеме гравера находится между «плюс» контактом излучателя и «минус» контактом электрорегулятора.

Подключение ступенчатых электродвигателей гравера реализуется на одной электронной плате управления, что способствует их синхронной работе. При этом отсутствует провисание передаточных зубчатых ремней, что создает качественную и точную обработку поверхностей.

Следует не допускать перегрева лазерного диода и плат управления ступенчатых двигателей в работе электронной схемы. Во избежание подобных ситуаций конструкцией предусмотрена система охлаждения на базе компьютерных вентиляторов и кулеров.

Электрогравер работает на основе челночного механизма, один из передвижных элементов которого обеспечивает перемещение в направлении оси Y, а два других, спаренных, — перемещение в направлении оси X.

В качестве оси Z выступает глубина прожига поверхности материала обработки. Отверстия, в которые помещаются элементы челночного механизма гравера, должны иметь глубину 12 мм и более.

Рабочая плоскость

Направляющими составными частями конструкции, которые обеспечат перемещение рабочей каретки механизма гравировки, могут выступать металлические стержни в диаметре минимум 10 мм. Необходимость в строгости выбора величины диаметра обусловлена предохранением рабочей головки от провисания в процессе обработки.

Поверхность направляющих стержней очищается от заводской смазки, пыли и грязи и подвергается тщательной шлифовке. После чего они обрабатываются гелевой смазкой на основе белого лития для улучшения процесса движения рабочей головки.

Установка ступенчатых двигателей

С помощью кронштейнов, изготовленных из листовой стали, к корпусу устройства крепятся ступенчатые электродвигатели. Кронштейн имеет форму прямого угла и соответствует ширине самого двигателя, а длину имеет вдвое больше его основания. В поверхности кронштейна, куда будет крепиться основание электромотора, просверливают шесть отверстий: четыре — для установки самого электродвигателя и два — для закрепления подпорки к корпусу с помощью крепежных саморезов.

Чтобы смонтировать узел приводного механизма, складывающегося из двух шкивов и болта с шайбой, на валу электромотора при помощи металлического листа формируют П-образный профиль. Затем в нем сверлятся отверстия для соединения с корпусом устройства и выхода вала двигателя.

Шкивы для посадки зубчатой ременной передачи помещаются на валу приводного мотора и располагаются внутри П-образного приспособления. Зубчатые ремни, надетые на шкивы и приводящие в движение челноки гравировального механизма, присоединяются к их деревянным основаниям саморезами.

Программное обеспечение

Условием автоматического режима работы лазерного гравера является не только установка, но и настройка специального программного продукта. Таким продуктом служит программа, при помощи которой создаются контуры желаемого изображения и преобразовываются согласно расширению, доступному элементам управления устройства гравировки. Эта программа находится в свободном доступе и без проблем закачивается на персональный компьютер.

Лазерный станок для резки фанеры

Лазерный станок для резки фанеры – оборудование для декорирования и обработки заготовок из фанеры. Этот прибор применяется при вырезании различных узоров на деревянной поверхности, гравировке и сварке фанерных изделий. Лазерными приборами для резки деталей из фанеры оснащаются небольшие заводские площадки и деревообрабатывающие цеха крупных промышленных предприятий.

Возможности станков лазерной нарезки

С помощью лазерного станка можно выполнять следующие операции:

1. Выпиливание из фанеры различных заготовок, моделей и трафаретов произвольной формы.
2. Выжигание простых рисунков на поверхности дерева.
3. Создание фасок, щелей, углублений, щелей, пазов и иных отверстий.
4. Резка трехмерных изделий из фанеры.

Благодаря мощному излучателю, этот аппарат может использоваться для обработки древесины, имеющий высокую твердость. Прибор имеет закрытый корпус с прозрачной крышкой и вентиляцией, что позволяет ему выжигать детали без обугливания края реза. Количество функций станка определяется его стоимостью, размерами и качеством комплектующих.

Принцип работы станка

Лазерный станок для резки фанеры состоит из следующих элементов:

1. Координатный стол. Эта установка обеспечивает точное перемещение рабочих механизмов с ЧПУ по заданной траектории. Передвижение деталей устройства осуществляется при помощи направляющих линий, зубчатых ремней и винтовых пар. Данный процесс регулируется при помощи контроллера.
2. Летающие оптические приспособления. Они представляют собой комплекс зеркал, покрытых специальным химическим раствором для уменьшения рассеивания энергии луча. Они оборудованы линзами, предназначенными для фокусировки лазера в пятно с диаметром до 0,2 мм.
3. Лазерная отпаянная лампа. Эта деталь выполняется из стекла и используется в роли излучателя. Она образует луч, отражаемый летающей оптикой и фокусируемый линзой. В результате функционирования отпаянной лампы осуществляется процедура жжения поверхности фанеры.

Также на аппараты для лазерной резки в качестве вспомогательных устройств устанавливаются следующие системы охлаждения:

1. Чиллер CW3000. Является одной из бюджетных систем охлаждения. Это приспособление состоит из радиатора, трубок и вентилятора. Емкость Чиллер CW3000 составляет 9 л. Данный прибор имеет низкую эффективность. Из-за быстрого нагрева устройства радиаторы и вентиляторы не успевают понизить температуру станка.
2. Помпы. Эти приспособления для охлаждения состоят из насоса, перекачивающего воду при помощи газораспределительного механизма. Емкость помп составляет 35 л. В этом случае жидкость не успевает нагреваться. Для эффективной работы данной системы охлаждения необходимо устанавливать оборудование в помещениях с температурой не выше 22 °C.
3. Чиллер CW5000. Является одной из самых дорогих систем охлаждения. Он состоит из камеры, радиатора и массивных трубок. Чиллер CW5000 позволяет охлаждать станки при высоких температурах и любых условиях эксплуатации лазерных аппаратов.

Станок обрабатывает поверхность фанеры при помощи лазера, представляющего собой пучок света высокой мощности. При взаимодействии с лучом заготовка нагревается. В результате термической обработки происходит выгорание волокна материала. Этот способ резки является бесконтактным, потому что рабочие механизмы не соприкасаются с поверхностью дерева. После выгорания формируется рез. Он разделяет фанерное изделие на фрагменты в соответствии с заданной конфигурацией.

Разновидности оборудования

Выделяют следующие виды лазерных станков по функциональным особенностям:

1. Гравировальный станок. Этот аппарат излучает слабый световой пучок. Он применяется для нанесения гравировок и выжигания тонких фанерных листов. Если увеличить длину волны, то с помощью этой установки можно полностью разрезать деревянную заготовку.
2. Фрезерно-лазерный станок. Данное устройство способно излучать пучок света высокой мощности, что позволяет создавать в фанере дополнительные отверстия. При помощи фрезерно-лазерного аппарата с ЧПУ можно нанести на заготовку гравировку. Для этого нужно правильно настроить параметры лазера.

По типу управления различают следующие разновидности устройств для лазерной нарезки:

1. Станки с ручным управлением. Эти приборы отличаются низкой стоимостью и легкостью эксплуатации. С их помощью можно выпиливать уникальные модели и трафареты. Недостатком данных устройств является низкая точность рисунков и форм.
2. Автоматические станки. Эти разновидности приборов с ЧПУ обеспечивают высокое качество изготовления изделий. Для функционирования автоматических станков требуется указать алгоритм работы. На основе указанной программы аппараты будут самостоятельно создавать необходимые узоры. В процессе работы человек может контролировать состояние станка с ЧПУ.

Существуют следующие разновидности устройств для лазерной резки по мощности и размеру:

1. Настольные гравировальные станки. Мощность этих приспособлений составляет 80 Вт. Они отличаются своей компактностью. Настольные аппараты можно поместить в небольших помещениях. Они используются при изготовлении сувениров и нарезки тонких фанерных листов.
2. Профессиональные лазерные станки. Их мощность составляет не более 195 Вт. Эти аппараты имеют большие габариты и устанавливаются на крупных деревообрабатывающих предприятиях. Они также применяются на мебельных фабриках для изготовления серийной продукции и вырезания точных узоров.
3. Промышленные станки. Мощность этих приспособлений составляет 380 Вт. Они устанавливаются на крупных заводах, специализирующихся на деревообделке.

Выбор устройства для резки лазером зависит от масштабов производства, физических свойств обрабатываемых поверхностей и функции аппарата. На современных предприятиях применяют универсальные лазерные устройства с ЧПУ. Они многофункциональны способны обрабатывать как фанеру, так и конструкции из цветных металлов и поливинилхлорида (ПВХ).

Плюсы и минусы лазерной резки

Приборы для лазерной резки обладают следующими преимуществами:

1. Универсальность. Приборы для нарезки фанерных листов при помощи лазера могут применяться при обработке кожаных изделий, ткани, органического стекла, пластиковых полимеров и иных материалов с низкой теплопроводностью и температурой горения.
2. Многофункциональность. Лазерный прибор используется при нарезке деревянных заготовок, гравировке, сварке и фрезеровке. В зависимости от скорости передвижения механизмов станки способны создавать узоры различной толщины и формы.
3. Минимальная ширина разреза. Лазерные устройства обеспечивают высокую точность изготовления деталей. Благодаря фокусировке лазера, ширина разреза составляет 0,01 мм, что позволяет детализировать наносимое на поверхность фанеры изображение.
4. Бесконтактность. Лазерные устройства не соприкасаются с обрабатываемой поверхностью, что снижает риск деформации заготовки.
5. Гигиеничность. Во время резки лазером не образуется большое количество пыли, стружки и иных видов грязи.

Главным недостатком лазерного станка является высокая стоимость. Аппараты состоят из дорогостоящих трубок и лазерных диодов. Средняя цена среднеформатных станков составляет 225 000 руб.

Выбор прибора

При выборе лазерного ЧПУ необходимо учитывать следующие показатели:

1. Параметр точности. Он определяет качество изготовления текстурных элементов.
2. Мощность. Этот показатель определяет производительность аппарата. Станки с высокой мощностью способны обрабатывать большое количество деталей за малый временной промежуток.
3. Функциональность. При покупке станка важно узнать, подойдет ли аппарат для гравировки или фрезеровки фанеры.
4. Материал. Рабочие механизмы и угловые части станка должны быть изготовлены из нержавеющей стали.

При покупке лазерного прибора важно обращать внимание на марку производителя. По состоянию на 2020 г. наибольшей популярностью среди покупателей пользуются устройства следующих брендов: Kokie, Mazak, Trumpf, ESAB и Bystronic. Они отличаются высоким сроком службы и многофункциональностью. Лазерные установки собираются также на территории России. Ведущим российским производителем является научно-производственный центр “Лазеры и аппаратура”, расположенный в Московской области.