Что такое лазерная обработка акрилового листа

Когда дело доходит до резки акрилового листа, CO2-лазеры обычно считаются мощным и экономичным-решением, при условии, что они используются для соответствующих целей. Для задач, связанных с небольшими сложными деталями, требующими чистых, острых внутренних углов, или для деталей практически любого размера, требующих допусков на резку более 0,005 дюйма на фут, лазер часто является лучшим инструментом для этой работы. Одна из основных причин этого заключается в том, что лазерная резка дает очень узкий пропил, обычно от 0,010 до 0,020 дюйма. Кроме того, он обеспечивает огромную гибкость в отношении формы и размера и, что, возможно, самое важное, оставляет отполированный, незапыленный край. Благодаря этим факторам он является лучшим выбором для многих высококачественных приложений.

Equipment Overview

По сути, CO2-лазеры работают, излучая луч параллельного света. Этот свет имеет определенную длину волны 10,6 микрон. Стоит отметить, что именно эта длина волны очень хорошо поглощается неметаллическими материалами. Когда этот луч света или энергии фокусируется через линзу в очень крошечную точку, он по существу испаряет материал, лежащий на его пути.

Что касается конфигурации машины, сфокусированный лазерный луч можно удерживать неподвижно над столом позиционирования X-Y. В качестве альтернативы его можно расположить над неподвижной поверхностью, используя так называемую в отрасли конфигурацию «летающей головки». Объяснить настройку летающей головки просто: лазерный луч сам движется над заготовкой по одной или двум осям через систему зеркал и механический позиционирующий механизм. Контроллеры, ПК и программное обеспечение, используемые для управления позиционированием лазера и работой, на самом деле очень похожи на аппаратное и программное обеспечение другого обрабатывающего оборудования с ЧПУ. Следовательно, проектирование и эксплуатация лазерного резака на самом деле не сложнее, чем работа с любым другим стандартным станком с ЧПУ.

Когда вы собираетесь резать акрил лазером, вам необходимо учитывать три основных параметра. Каждый из этих факторов влияет как на качество резки, так и на уровень напряжений в материале. Эти переменные:

Мощность лазера.
Скорость подачи.
Частота пульса.

Все эти настройки можно настроить в соответствии с различными типами материалов, разной толщиной и желаемой отделкой кромки. Для резки акрилового листа можно использовать лазер мощностью всего 40 Вт и толщину примерно до ¼ дюйма. Однако, если вы хотите добиться хорошего качества кромки с помощью такого меньшего лазера, вам, по сути, придется замедлить скорость подачи примерно до 20 дюймов в минуту.

С другой стороны, для более толстых листов или если вам нужна более высокая скорость подачи, потребуется более мощная лазерная система. Например, 180-ваттный лазер обычно обеспечивает быструю и экономичную резку акрилового листа большей толщины, работая при мощности всего около 75%. Станки с еще более высокой мощностью (от 500 до 1000 Вт) обеспечивают гораздо более высокие скорости подачи, а также позволяют одновременно использовать несколько режущих головок.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

Обычно наблюдается, что увеличение мощности лазера при определенной скорости подачи приводит к получению более глянцевой поверхности. Однако недостатком является то, что это также увеличивает уровень напряжения внутри края листа. И наоборот, использование более высокой скорости подачи в сочетании с более высокой частотой импульсов обычно приводит к получению кромки с меньшим напряжением, хотя поверхность будет менее блестящей.

Что касается частоты пульса (которая измеряется в импульсах в секунду или импульсах в секунду), то это просто скорость, с которой «срабатывает» лазер. Важно понимать, что лазерный луч на самом деле представляет собой серию небольших всплесков или импульсов, а не один непрерывный поток. Контролировать частоту пульса можно двумя основными способами: пропорционально времени или пропорционально пройденному расстоянию.

Хотя метод сделать частоту пульса пропорциональной времени более распространен и его легче программировать в начале, этот метод часто приводит к обгоранию внутренних углов. Причина этого в том, что контроллеру X-Y естественно требуется больше времени для прохождения поворота, чем для перемещения по прямой линии. В результате углы,-особенно внутренние-имеют тенденцию поглощать слишком много энергии, вызывая их плавление и чрезмерную-напряженность. Это очень важный момент, который следует учитывать при резке-чувствительных к надрезам материалов, таких как акрил и поликарбонат. Внутренние углы обычно представляют собой слабые места, выдерживающие большие нагрузки. Поэтому следует сделать все возможное, чтобы минимизировать напряжения или зазубрины в этих зонах.

Создание частоты пульса, пропорциональной пройденному расстоянию, во многом устраняет эту проблему. Поскольку контроллер автоматически замедляет скорость подачи на углах, частота импульсов также замедляется. Это гарантирует, что количество энергии, излучаемой в любой заданной точке разреза, остается постоянным.

Не имеет значения, насколько сложен ваш контроллер или насколько высока скорость подачи; Краевое напряжение — это то, что всегда необходимо учитывать в определенных приложениях. Всякий раз, когда лист акрила или поликарбоната нагревается, существует вероятность теплового стресса. Эта проблема наиболее существенна, когда нагревается только часть листа, что и происходит при лазерной резке.

Граница между не-нагретой частью листа и быстро нагретой и быстро охлаждаемой кромкой очень подвержена образованию трещин. Эти сильно напряженные области могут простираться вглубь листа примерно на 0,010–0,050 дюйма, в зависимости от толщины. Эти области очень склонны к образованию трещин, если они вступают в контакт с несовместимыми растворителями или подвергаются высоким механическим нагрузкам, например, изгибу.

Вы можете свести к минимуму проблему напряжения на кромке, регулируя скорость подачи, частоту импульсов и мощность. Использование более низкой мощности и более медленной частоты импульсов в сочетании с относительно высокой скоростью подачи снижает общее количество энергии или тепла, поглощаемого листом. Это, в свою очередь, уменьшает как величину напряжения, так и расстояние, на которое оно распространяется в лист. Однако следует признать, что эти условия приведут к менее блестящей кромке. в некоторых конкретных случаях может оказаться целесообразным полностью соскрести или обработать напряженные участки механической обработкой.

Большинство лазерных систем-мощной мощности оснащены вакуумным прижимным-столом и вспомогательным газовым потоком. Здесь на конечное качество резки могут повлиять несколько факторов: тип используемого газа, скорость потока этого газа и эффективность вакуумного стола по удалению паров. Хороший поток газа через разрез в сочетании с эффективным вакуумом помогает удалить пары, которые в противном случае могли бы повредить заготовку, вызвать небольшие возгорания-и обугливания или оставить после себя нежелательные остатки.

Laser Cuttable Masking

Качество маскировки является еще одним важным фактором при выборе акрилового листа для вашего конкретного применения. Если маскировка не приклеится должным образом, детали могут быть повреждены или поцарапаны в процессе изготовления, а эффективность самого процесса может отрицательно повлиять на эффективность самого процесса. И наоборот, если маску слишком сложно удалить, это приведет к увеличению трудозатрат и затрат. Выбор правильной маскировки для процесса изготовления является ключом к минимизации этих проблем.

Традиционно бумажная маска была стандартным выбором для лазерной резки. Преимущество здесь в том, что он не прилипнет к акрилу по краям разреза. Его прочная и постоянная адгезия предотвращает подъем маски во время манипуляций и резки, что защищает акриловую поверхность от горячих агрессивных газов, выделяемых лазером. Однако полиэтиленовая маска, которую можно резать лазером-, теперь доступна и на акриловом листе.

В сценариях, требующих максимальной эффективности и производительности, можно использовать специально разработанную легкую-клейкую полиэтиленовую маску. Этот тип маскировки очень легко удалить с готовой детали, но при этом он обеспечивает достаточную адгезию, чтобы выдерживать обычное обращение. Хотя это редко является серьезной проблемой, этот тип маскировки может сняться в тех местах, где лазер слишком долго простаивает, из-за его более легкой клейкой формулы. Обычно это происходит в начале резания или при резке очень узкого радиуса. Вы можете легко предотвратить этот подъем, используя «заход-в» в начале отрезка и уменьшая частоту пульса или мощность при прохождении крутых поворотов.

Если вам нужна безупречная полированная кромка, воспользуйтесь специально разработанной не-клейкой полиэтиленовой маской. Поскольку все маскировочные материалы на основе клея-оставляют по крайней мере некоторый остаток на кромке среза, они могут немного испортить полированный вид. Поэтому для применений, требующих высочайшего качества внешнего вида, рекомендуется использовать не-маскирующий материал, поддающийся лазерной резке. Хотя эту маску удалить немного сложнее, чем клейкую, она обеспечивает более качественную кромку и более устойчива к подъему кромки. Если подъем все-таки произошел, можно предпринять действия, аналогичные описанным выше.

Еще один момент, который следует учитывать при маскировке, — это морщины. Чтобы сохранить первоначальный внешний вид листа, маскировка-особенно на верхней поверхности-не должна иметь складок. Если маска не находится в прямом контакте с листом в месте резки, между маской и листом могут попасть горячие газы, которые протравят поверхность. Травление нижней части листа обычно представляет меньшую проблему, поскольку в большинстве столов X-Y используется вакуумная прижимная-система, которая эффективно отводит горячие газы, прежде чем они смогут причинить вред.

Как и любое сложное оборудование, лазерные резаки требуют регулярного обслуживания для обеспечения оптимальной производительности. Рекомендуется вести учет настроек мощности, необходимых для резки материала определенной толщины с определенной скоростью. Со временем вы, вероятно, обнаружите, что необходимо увеличить мощность или уменьшить скорость резки. Обычно это происходит из-за загрязнения или потери фокуса лазерной оптики. В этом случае качество резки ухудшится. Регулярное техническое обслуживание, выполняемое квалифицированным специалистом, имеет важное значение для поддержания эффективности и качества резки.

Хотя лазеры, несомненно, являются-мощными и сложными инструментами, они не обязательно более опасны, чем любое другое торговое оборудование, при условии, что они установлены и работают правильно. Обычно для защиты глаз достаточно стандартных защитных очков. Однако важно отметить, что не все стандартные защитные очки непрозрачны для длины волны света 10,6 микрон (что означает оптическую плотность 5 на 10 600 нанометров), что является общим для этих лазеров.

Согласно стандарту ANSI Z136.1, на защитных очках должна быть четко указана длина волны и коэффициент защиты по оптической плотности.

Кроме того, абсолютно необходима вытяжная система для удаления потенциально вредных паров, образующихся во время резки. В зависимости от конкретного обрабатываемого материала может даже потребоваться фильтрация этих паров перед их выбросом во внешнюю среду. Как и в случае с любым другим оборудованием, перед использованием системы лазерной резки необходимо иметь надлежащие знания правил эксплуатации и техники безопасности.

Emissions

Различные исследователи провели ряд научных исследований, пытаясь определить точное количество и тип выбросов, возникающих в результате лазерной резки акрила. Несмотря на все эти усилия, по-прежнему невозможно с полной уверенностью предсказать точные побочные продукты-и их концентрацию в выхлопных газах.

Эти выбросы зависят от множества факторов, включая параметры лазера, параметры обработки, используемые защитные газы, метод вытяжки и точный химический состав акрилового полимера. Кроме того, в большинстве этих исследований не учитывается влияние защитной бумаги или полиэтиленовой маскировки, а также возможное воздействие каких-либо покрытий.

Когда акрил разрезается лазером, большая часть разложившегося материала превращается обратно в составляющие его мономеры. в большинстве акриловых листов эти мономеры состоят более чем на 90% из метилметакрилата, а остальная часть составляет метакрилат. Многие поставщики также часто используют этилакрилат в своих акриловых рецептурах.

(Следует отметить, что этилакрилат включен Национальной программой по токсичности в список веществ, которые могут считаться канцерогенами. Аналогичным образом, Международное агентство по исследованию рака относит этилакрилат к вероятным канцерогенам.)

В ходе независимых научных исследований, проведенных Хеферкампом, Гёде, Энгелем и Виттбекером, они обнаружили, что среди протестированных ими пластиков акрил фактически приводил к наименьшему образованию аэрозолей.<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

Другие исследователи, в частности Тротон, Симс, Эллвуд и Тейлор, обнаружили, что помимо мономера метилметакрилата в нем присутствовали небольшие количества толуола, пентеноата метил-2-метил-3, ксилола, триметилбензола и алканов. Интересно, что они не обнаружили ПАУ (полициклических ароматических углеводородов), что противоречило более ранним выводам Болла, Кулика и Тана.

Рекомендуется установить соответствующее вентиляционное оборудование, чтобы гарантировать, что воздействие на сотрудников остается ниже нормативного уровня. Кроме того, следует учитывать экологические нормы, если вы выбрасываете газы наружу. Производители оборудования для лазерной резки обычно могут предоставить рекомендации по правильному сбору и обращению с лазерным излучением.