Какво е лазерна обработка на акрилен лист

Когато става въпрос за рязане на акрилни листове, CO2 лазерите обикновено се считат за мощно и разходно{1}}ефективно решение, при условие че се използват за подходящите приложения. За задачи, включващи малки, сложни части, които изискват чисти, остри вътрешни ъгли, или за части от практически всякакъв размер, които изискват толеранси на рязане, по-големи от 0,005 инча на фут, лазерът често е най-добрият инструмент за работа. Една от основните причини за това е, че лазерното рязане създава много тесен прорез, обикновено между 0,010 и 0,020 инча. Освен това той предлага огромна гъвкавост по отношение на формата и размера и може би най-важното е, че оставя полиран,-чист от прах ръб. Поради тези фактори той е най-добрият избор за много-качествени приложения.

Equipment Overview

По същество CO2 лазерите работят чрез излъчване на паралелен лъч светлина. Тази светлина има специфична дължина на вълната от 10,6 микрона. Струва си да се отбележи, че тази конкретна дължина на вълната се абсорбира много добре от не-метални материали. Когато този лъч светлина или енергия се фокусира през леща до много малка точка, той по същество изпарява материала, който лежи на пътя му.

По отношение на конфигурацията на машината, фокусираният лазерен лъч може да се поддържа неподвижен върху X-Y позиционираща маса. Алтернативно, той може да бъде позициониран върху неподвижна повърхност, използвайки това, което е известно в индустрията като конфигурация на "летяща глава". За да обясним просто настройката на летящата глава: самият лазерен лъч се движи над детайла по една или две оси чрез система от огледала и механично позициониращо устройство. Контролерите, персоналните компютри и софтуерът, използвани за управление на позиционирането както на лазера, така и на работата, всъщност са много подобни на хардуера и софтуера, намиращи се в друго CNC машинно оборудване. Следователно проектирането и работата с лазерен нож наистина не е по-трудно от работата с всяка друга стандартна CNC машина.

Когато се подготвяте да режете акрил с лазер, има три основни променливи, с които трябва да се интересувате. Всяко от тях ще повлияе както на качеството на рязане, така и на произтичащите нива на напрежение в материала. Тези променливи са:

Силата на лазера.
Скоростта на подаване.
Скоростта на пулса.

Всички тези настройки могат да се регулират, за да поемат различни видове материали, различни дебелини и желаното покритие на ръба. За рязане на акрилен лист може да се използва лазерен модул с мощност от 40 вата за дебелини до приблизително ¼ инча. Въпреки това, ако искате да постигнете добро качество на ръба с по-малък лазер като този, по същество трябва да намалите скоростта на подаване до около 20 инча в минута.

От друга страна, за по-дебели листове или ако имате нужда от по-бързи скорости на подаване, е необходима по-голяма лазерна система. 180-ватов лазер, например, обикновено ще осигури бързо и икономично рязане за повечето дебелини на акрилен лист, докато работи само с около 75% мощност. Машини с още по-висока мощност, в диапазона от 500 до 1000 вата, позволяват много по-високи скорости на подаване и също така позволяват използването на множество режещи глави едновременно.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

Обикновено се наблюдава, че увеличаването на лазерната мощност при определена скорост на подаване ще доведе до по-гланцово покритие. Недостатъкът обаче е, че това също повишава нивото на напрежение в ръба на листа. Обратно, използването на по-бърза скорост на подаване, комбинирана с по-бърза скорост на импулса, обикновено ще произведе ръб с по-ниско напрежение, въпреки че повърхността ще бъде по-малко лъскава.

Що се отнася до скоростта на импулса (която се измерва в импулси в секунда или pps), това е просто скоростта, с която лазерът "изстрелва". Важно е да се разбере, че лазерният лъч всъщност е поредица от малки изблици или импулси, а не един непрекъснат поток. Можете да контролирате пулса по два основни начина: пропорционално на времето или пропорционално на изминатото разстояние.

Докато методът за правене на скоростта на пулса пропорционална на времето е по-често срещан и по-лесен за програмиране в началото, този метод често води до изгорени вътрешни ъгли. Причината за това е, че контролерът X-Y естествено отнема повече време за навигация в завой, отколкото за движение по права линия. В резултат на това ъглите-особено вътрешните-са склонни да абсорбират твърде много енергия, което ги кара да се стопят и да станат пре-напрегнати. Това е критичен момент, който трябва да имате предвид, когато режете-чувствителни материали като акрил и поликарбонат. Вътрешните ъгли обикновено са слаби зони, които понасят големи натоварвания. Следователно трябва да се направи всичко възможно, за да се сведе до минимум напрежението или прорезите в тези зони.

Правенето на честотата на пулса пропорционална на изминатото разстояние елиминира голяма част от този проблем. Тъй като контролерът автоматично забавя скоростта на подаване в ъглите, скоростта на импулса също се забавя. Това гарантира, че количеството енергия, излъчено във всяка дадена точка по протежение на разреза, остава постоянно.

Няма значение колко сложен е вашият контролер или колко бърза е скоростта ви на подаване; напрежението на ръба е нещо, което винаги ще трябва да се има предвид при определени приложения. Всеки път, когато лист от акрил или поликарбонат се нагрява, съществува потенциал за топлинен стрес. Този проблем е най-съществен, когато се нагрява само част от листа, което е точно това, което се случва при лазерно рязане.

Интерфейсът между не-нагрятото тяло на листа и бързо нагрятия, бързо охладен ръб е много податлив на напукване. Тези силно напрегнати зони могат да се простират приблизително от 0,010 до 0,050 инча в листа, в зависимост от дебелината. Тези зони са много податливи на напукване, ако влязат в контакт с несъвместими разтворители или са подложени на силно механично напрежение, като например огъване.

Можете да сведете до минимум този проблем с напрежението на ръба, като регулирате скоростта на подаване, скоростта на импулса и мощността. Използването на по-ниска мощност и по-бавна скорост на импулса, съчетано с относително висока скорост на подаване, намалява общото количество енергия или топлина, погълната от листа. Това от своя страна намалява както големината на напрежението, така и разстоянието, на което напрежението се разпространява в листа. Трябва обаче да се приеме, че тези условия ще доведат до по-малко гланцово покритие на ръбовете. в някои специфични случаи всъщност може да е практично да се изстържат или машинно да се премахнат изцяло натоварените зони.

Повечето-мощни лазерни системи са снабдени с вакуумна задържаща{1}}маса и газова помощна струя. Няколко фактора тук могат да повлияят на крайното качество на рязането: видът на използвания газ, скоростта на потока на този газ и ефективността на вакуумната маса при изпускане на пари. Наличието на добър газов поток през среза, съчетано с ефективен вакуум, помага за отстраняването на изпаренията, които иначе биха могли да повредят детайла, да причинят малки разгаряния-и овъгляване или да оставят след себе си нежелани остатъци.

Laser Cuttable Masking

Ефективността на маскирането е друго важно съображение при избора на акрилен лист за вашето конкретно приложение. Ако маската не залепне правилно, частите могат да се повредят или надраскат по време на процеса на производство и ефективността на самия процес може да бъде отрицателно повлияна. Обратно, ако маскирането е твърде трудно за премахване, това води до допълнителен труд и по-високи разходи. Изборът на правилното маскиране за процеса на производство е от ключово значение за минимизиране на тези проблеми.

Традиционно хартиеното маскиране е стандартният избор за лазерно рязане. Предимството тук е, че няма да се слее с акрила в краищата на среза. Неговата здрава, последователна адхезия предотвратява повдигането на маската по време на работа и рязане, което предпазва акрилната повърхност от горещите, корозивни газове, генерирани от лазера. Обаче лазерно{3}}рязани полиетиленови маски вече се предлагат и върху акрилен лист.

За сценарии, изискващи максимална ефективност и производителност, може да се използва специално формулирано леко{0}}залепващо полиетиленово маскиране. Този тип маскиране се отстранява много лесно от завършена част, но въпреки това предлага достатъчно адхезия, за да издържи на обикновено боравене. Въпреки че рядко е сериозен проблем, този тип маскиране може да се повдигне в зони, където лазерът не работи твърде дълго, поради по-леката му лепилна формула. Това обикновено се случва в началото на рязане или по време на рязане с много тесен радиус. Можете лесно да предотвратите това повдигане, като използвате „вход{-навътре“ в началото на рязането и като намалите честотата на пулса или мощността при навигиране в тесни завои.

Ако се нуждаете от чист, полиран ръб, налична е специално формулирана не-залепваща полиетиленова маска. Тъй като всички лепилни-маскировки оставят поне малко остатъци върху изрязания ръб, те могат леко да намалят полирания вид. Следователно, за приложения, които изискват външен вид с най-високо качество, се препоръчва не-залепващо маскиране с възможност за лазерно рязане. Въпреки че това маскиране може да бъде малко по-трудно за премахване от лепилния вид, то осигурява малко по-качествен ръб и е по-устойчив на повдигане на ръба. Ако се случи повдигане, можете да предприемете стъпки, подобни на описаните по-горе.

Друг момент, който трябва да имате предвид по отношение на маскирането, са бръчките. За да се запази оригиналната оптика на листа, маскирането-особено на горната повърхност-трябва да е без гънки. Ако маскировката не е в пряк контакт с листа в точката на рязане, горещите газове могат да се задържат между маскировката и листа, което ще ецва повърхността. Гравирането обикновено е по-малък проблем в долната част на листа, тъй като повечето X-Y маси използват система за вакуумно задържане, която ефективно издърпва горещите газове, преди да могат да причинят повреда.

Точно като всяка част от сложна машина, лазерните резачки изискват редовна поддръжка, за да осигурят оптимална работа. Добра практика е да поддържате запис на настройките на мощността, необходими за рязане на определена дебелина на материала с определена скорост. С течение на времето вероятно ще откриете, че настройката на мощността трябва да се увеличи или скоростта на рязане трябва да се намали. Това обикновено се дължи на замърсяване на лазерната оптика или излизане от фокус. Когато това се случи, качеството на рязане ще се влоши. Редовната поддръжка, извършвана от квалифициран техник, е от съществено значение за поддържане на ефективността и качеството на рязане.

Въпреки че лазерите несъмнено са високо{0}}мощни и сложни инструменти, те не са непременно по-опасни от всяко друго оборудване за магазини, при условие че са инсталирани и работят правилно. Обикновено стандартните предпазни очила са достатъчни за защита на очите. Важно е обаче да се отбележи, че не всички стандартни защитни очила са непрозрачни за дължина на вълната на светлината от 10,6 микрона (което означава оптична плътност 5 при 10 600 нанометра), което е обичайно за тези лазери.

Съгласно стандарта ANSI Z136.1 предпазните очила трябва да бъдат ясно етикетирани с дължината на вълната и защитния фактор на оптичната плътност.

Освен това, изпускателната система е абсолютно необходима за отстраняване на потенциално вредните изпарения, образувани по време на рязане. В зависимост от конкретния материал, който се обработва, може дори да е необходимо тези пари да се филтрират, преди да се изхвърлят във външната среда. Както е в случая с всяко оборудване, правилното познаване на процедурите за работа и безопасност е задължително, преди да използвате система за лазерно рязане.

Emissions

Има редица научни изследвания, извършени от различни изследователи, които се опитват да определят точното количество и вид на емисиите, които са резултат от лазерно рязане на акрил. Въпреки всички тези усилия, остава невъзможно да се предвидят точните странични-продукти и техните концентрации в емисионните газове с пълна сигурност.

Тези емисии зависят от различни фактори, включително параметри на лазера, параметри на обработка, използвани газове за покритие, метод на изпускане и точния химичен състав на акрилния полимер. В допълнение, повечето от тези проучвания не отчитат ефектите от защитната хартия или полиетиленовата маска, нито отчитат възможното въздействие на каквито и да е покрития.

Когато акрилът се нарязва с лазер, по-голямата част от разградения материал се превръща обратно в съставните му мономери. в повечето акрилни листове тези мономери се състоят от над 90% метилметакрилат, като останалата част е метакрилат. Също така е обичайно много доставчици да използват етилакрилат в своите акрилни състави.

(Трябва да се отбележи, че етилакрилатът е включен от Националната програма за токсичност в списъка на веществата, които може да се очаква да бъдат канцерогенни. По същия начин Международната агенция за изследване на рака изброява етилакрилата като вероятен канцероген.)

По време на независимо научно изследване, проведено от Heferkamp, Goede, Engel и Wittbecker, те откриха, че сред пластмасите, които тестваха, акрилът всъщност води до най-ниското генериране на аерозол (<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

Други изследователи, по-специално Troughton, Sims, Ellwood и Taylor, установиха, че в допълнение към метилметакрилатния мономер има малки количества толуен, метил-2-метил-3 пентеноат, ксилен, триметил бензен и алкани. Интересното е, че те не откриха PAHs (полициклични ароматни въглеводороди), което беше в противоречие с по-ранните открития на Ball, Kulik и Tan.

Препоръчително е да се инсталира подходящо вентилационно оборудване, за да се гарантира, че експозициите на служителите остават под регулираните нива. Освен това трябва да се вземат предвид екологичните разпоредби, ако изпускате газове навън. Производителите на оборудване за лазерно рязане обикновено са в състояние да предоставят насоки как правилно да се събират и обработват лазерните емисии.