Лазерно-гравіювальні верстати відмінно справляються з нанесенням зображень на поверхні заготовок із різного матеріалу. При цьому технічні характеристики лазерних верстатів (висока роздільна здатність оптичної системи, прецизійна механіка, «розумна» електроніка) дозволяють гравіювати зображення з дуже високою якістю. Навіть візерунки, рясні дрібними деталями виходять контрастними, чіткими з ідеальною деталізацією. Причому такі показники досягаються цілком у «бюджетних» моделях лазерних верстатів. А настільні міні-гравери найчастіше забезпечують навіть кращу якість гравіювання, ніж старші «побратими», хоч і поступаються їм у продуктивності різання.
Для гравіювання зображень у пам'ять лазерного верстата з ЧПУ завантажується програма, що базується на векторному або растровому графічному файлі. Такий алгоритм дозволяє максимально спростити програмування верстата — будь-яка робота дизайнера є завданням на обробку. Графічний ескіз потрібно лише трохи доопрацювати. Спеціальний "софт" допоможе створити на базі ескізу маршрут рух випромінювача та експортувати його у файл, "зрозумілий" для ЧПУ-контролера лазерного верстата. У свою чергу, кінематичні характеристики інструментального порталу верстата (що несе лазерний випромінювач) дозволять втілити складний маршрут обробки - аж до створення 3D-зображень (на 100% відповідних вихідному комп'ютерному ескізу).
Особливості лазерної обробки металів
Лазерні верстати з ЧПУ здатні працювати з дуже широкою гамою матеріалів, забезпечуючи при цьому високу якість гравіювання. Так, навіть для дрібних зображень неозброєним оком помітні символи площею до 1 мм2. Проте така легкість справедлива лише неметалевих заготовок.
Для більшості моделей недорогих СО2-лазерних верстатів із ЧПУ метал є «твердим горішком». По-перше, принципом обробки лазером є вплив променем концентрованої енергії поверхню заготовки. За рахунок цього температура в зоні обробки різко піднімається та матеріал заготівлі випаровується. При цьому швидкість процесу забезпечує лише локальне нагрівання - тепло із зони обробки просто не встигає перейти в сусідні шари матеріалу, а практично повністю відводиться з газоподібними відходами, що випаровуються. Цим досягається висока якість обробки лазером – тонкий шов та акуратні (без обгорання) краї.
Однак метал має високу теплопровідність. Тому при «опроміненні» лазером тепло із зони обробки миттєво відводиться в «масу», і поверхня, що обробляється, просто не може нагрітися до температури випаровування. Тим більше, що ця температура у металу досить висока (у порівнянні з деревом, пластиком або навіть натуральним каменем).
По-друге, гладка поверхня металу є чудовим відбивачем для лазерного променя видимого діапазону. За іронією, саме фотони з частотою коливань, характерною для генерації СО2-лазером, найкраще відбиваються металом. Таким чином, енергія, що генерується лазерною трубкою звичайного верстата з ЧПУ, легко поглинається або розсіюється поверхнею без необхідного для обробки нагрівання металу. І продуктивна обробка металевих заготовок виявляється вкрай утрудненою.
Звичайно, існують спеціальні моделі лазерних верстатів для впевненого різання навіть товстих заготовок (наприклад верстати з твердотілим лазером, не кажучи вже про плазмові генератори). Однак це обладнання зовсім іншого типу та вартості. Тим не менш, для обробки металу (зокрема гравіювання по металу ) на «звичайних» СО2-лазерних верстатах з ЧПУ існує кілька вельми привабливих способів.
Паста для гравіювання
За допомогою спеціальної пасти, що наноситься на металеву поверхню заготовки, лазерний верстат з ЧПУ здатний виконувати якісне контрастне гравіювання різних зображень. Суть технології полягає в наступному: металева поверхня покривається спеціальним складом (густим у вигляді пасти — звідси і походить назва). Паста наноситься дуже тонким шаром (найкраще для цього використовувати пензель) і тільки на «голу» металеву поверхню (без будь-яких покриттів – фарб, лаків, наклейок тощо).
Після цього металева заготовка поміщається в лазерний верстат із ЧПУ. Запускається процес гравіювання за заздалегідь розробленою програмою (природно, розмір зображення, що гравіюється, повинен не перевищувати покриту пастою поверхню виробу). У місцях "опромінення" лазером паста каталітично сприяє "вигорянню" дуже тонкого шару поверхні металу. В результаті, після закінчення обробки (і змиву залишків пасти) на металевій поверхні залишається контрастний візерунок високої якості.
При гравіювання з використанням пасти відмінні результати виходять на заготовках із нержавіючої сталі, титану, а також кольорових металів. Причому для обробки цілком пригодиться лазерний гравер початкового рівня (достатньо потужності лазерної трубки всього 40 Вт).
Аналогічним складом для лазернго гравірування на металевій поверхні є спеціальний спрей. Він діє подібно до пасти, але відрізняється способом нанесення (розпилення аерозолю на заготівлю часом виявляється зручнішим) і способом зберігання (у балонах під тиском), а також порівняно невеликим терміном придатності.
Стрічка для гравіювання лазером
Аналогом пасти чи спрею є спеціальна стрічка CerMark. При гравіювання металевих поверхонь за допомогою стрічки на лазерному верстаті із СО2-трубкою виходить чорний контрастний малюнок високої якості. На відміну від пасти, робота зі стрічкою абсолютно безпечна для здоров'я.
Алгоритма гравіювання із застосуванням стрічки CerMark наступний:
- очищується та знежирюється металева поверхня (гравірування слід проводити тільки на плоскій поверхні!);
- відрізок стрічки потрібного розміру приклеюється до поверхні заготовки (слід щільно натиснути та розгладити стрічку для рівномірного прилягання);
- у налаштуваннях гравіювання вибирається максимальна потужність (справедливо для лазерної трубки 40 Вт);
- швидкість обробки обчислюється шляхом множення максимальної потужності трубки на коефіцієнт 0,3 (у нашому прикладі - для лазерної трубки потужністю 40 Вт, швидкість гравіювання складе 12);
- після закінчення гравіювання слід видалити залишки стрічки та протерти металеву поверхню вологою тканиною (або промити водою).
Лазерне гравіювання металів плюс електроліз
Досить відомим «кустарним» способом є покриття металевої поверхні косметичним лаком (або парафіном) з наступним гравіюванням на лазерному верстаті з ЧПУ та зануренням у електролітичну ванну.
Незважаючи на складність, такий спосіб дозволяє отримати відмінні результати - особливо при гравіювання на опуклих поверхнях (наприклад, столових ложках). Та й ціна такого методу (порівняно з вартістю пасти) виявляється нижчою. Однак до його недоліків відноситься додаткова робота зі створення «електролітичної ванни» і трудомісткий підбір складу електроліту (для отримання якості гравіювання, порівнянного або перевершує при використанні пасти).
Суть методу дуже проста: металева поверхня знежирюється та покривається тонким шаром косметичного непрозорого лаку. Після висихання лаку, заготівля поміщається в лазерний верстат з ЧПУ і виконується гравіювання зображення (строго за «замальованою» площею!). Параметри обробки (для лазера з трубкою потужністю 60 Вт): потужність – 18%, швидкість – 137 мм/с.
Потім заготовка занурюється в ємність з водно-сольовим растровом кухонної солі у звичайній водопровідній воді. Заготівля повинна занурюватися так, щоб шар лаку був вищим за рівень рідини (при нанесенні лаку слід це врахувати). У ємність також опускаються дві смужки з нержавіючої сталі (електроди). Сумарна площа смужок повинна бути вищою, ніж витравлювана площа зображення, що гравіюється. До електродів з нержавіючої сталі підключається джерело постійного струму (наприклад, зарядний пристрій для автомобільних акумуляторів). На заготівлю має подаватися «плюс», на електроди — «мінус».
Джерело живлення вмикається на 3-15 хвилин, після чого процес вважається закінченим. Протягом електролізу вкрай небажано рухати заготовку! Фінальним етапом є зняття лаку (спеціальною рідиною) та протирання металевої заготовки сухою чистою тканиною.
Після належного налагодження та кількох пробних підходів, метод гравіювання лазером з подальшим електролізом дає відмінні результати - зображення на поверхні металу виходить чітким і контрастним (при глибині гравіювання близько 0,1 мм).