CO2 laseri seadistused – võrdlus 80W ja 130W CO2 laseritele
Kokkuvõte
CO2 laseri tegelik tulemus sõltub eelkõige sellest, kui palju energiat antakse materjalile kindla pikkuse või pindala kohta, mitte ühestainsast seadistusest. Võimsus, kiirus, impulsi sagedus (Hz) või impulsi tihedus (PPI), fookus ja õhu puhumine mõjutavad kõik üksteist ning tootjad rõhutavad järjekindlalt, et enne tootmist tuleb teha proove just selle konkreetse materjalipartiiga, mida hakatakse kasutama.
Praktikas peetakse 80W CO2 laserit sageli heaks tasakaalupunktiks mitmesuguste tööde jaoks. See lõikab tavapäraseid töökojas kasutatavaid materjale hästi, kuid sobib samal ajal ka detailseks graveerimiseks ja väiksemateks töödeks. 130W CO2 laser annab seevastu üldjuhul suurema tootlikkuse: sellega saab lõigata kiiremini, paksemat materjali või saavutada tulemuse väiksema arvu läbimistega. See tuleb eriti hästi esile akrüüli, MDF-i ja vineeri puhul ning on kooskõlas tootjate juhistega, mille järgi võimaldab suurem võimsus kasutada sama sügavuse saavutamiseks suuremat kiirust.
Oluline on mõista, et protsentuaalne võimsus ei ole eri võimsusega laserite vahel otseselt võrreldav. Seadistus nagu 30% võimsust ei tähenda 80W ja 130W masina puhul sama absoluutset väljundit. 30% 80W laserist on ligikaudu 24W, samas kui 30% 130W laserist on umbes 39W, ja seda enne, kui arvestada toru tegelikku kasutegurit või kalibreerimist. Tootjad kirjeldavad protsentvõimsust kui töötsüklilaadset juhtimist ning märgivad, et masinate vahel esineb erinevusi ja aja jooksul toimub ka kulumine.
Parim töövoog on kasutada korratavat otsustusprotsessi: vali materjal, otsusta sobiv läätse- ja fookusstrateegia, alusta tõestatud algseadistustest, tee väike testvõrk ning muuda korraga ainult ühte parameetrit. Tavaliselt muudetakse kõigepealt kiirust, seejärel võimsust, siis sagedust või PPI-d ja lõpuks fookust. See lähenemine on kooskõlas nii tootjate juhiste kui ka märgistusühendite tootjate niinimetatud power grid meetodiga, mille eesmärk on leida sobivad seadistused kiiresti ja süsteemselt.
Ulatus, eeldused ja kuidas seadistusi tõlgendada
See juhend eeldab, et kasutatakse 10,6 mikromeetri lainepikkusega CO2 laserit, olgu selleks klaastoru või RF-toru, ning et masinal on õhu puhumine ja aktiivne suitsu eemaldus. Samuti eeldatakse, et töödeldakse tavapäraseid töökojamaterjale, nagu puit, plastid, nahk, kumm, kaetud metallid, klaas ja kivi.
Kontroller või tarkvara võib kasutada kiiruse ühikuna millimeetreid sekundis või millimeetreid minutis, mis on tavaline näiteks Ruida ja LightBurni töövoogudes. Paljud tootjate andmebaasid kasutavad aga kiiruse kirjeldamiseks hoopis protsente ning neid ei saa otse teisendada ilma teadmata masina maksimaalset kiirust ja liikumiskäitumist.
Seal, kus raportis tuuakse välja arvulised algseadistused, on eelistatud tootjate 80W ja 130W CO2 laserite parameetritabeleid, kasutusjuhendeid, mis selgitavad võimsuse, kiiruse, PPI ja Hz toimimist, ning materjali- ja kemikaaliohutuse dokumente ja tehnilisi andmelehti. Kuna konkreetset masinamudelit, optikat ja kiire kvaliteeti ei ole täpsustatud, tuleks kõiki tabeleid käsitleda kui algvahemikke, mida tuleb seejärel testidega kinnitada.
80W ja 130W CO2 laserite erinevused ning millal kumb valida
Kõige otsesem viis 80W ja 130W masina võimekust võrrelda on vaadata tootja antud lõikekiirusi sama materjali ja paksuse puhul. Näiteks 20 mm akrüüli puhul näitab 80W masin ligikaudu 0,8 mm/s suure võimsusega, samas kui 130W masin umbes 2 mm/s. See tähendab selles näites umbes 2,5 korda suuremat kiirust. Ka 2 mm vineeri puhul on erinevus märgatav: 80W masina algtaseme kiirus on ligikaudu 80 mm/s, 130W masinal umbes 150 mm/s. MDF-i puhul on erinevused mõnel paksusel väiksemad, kuid suurema võimsusega masin näitab paksema materjali korral rohkem varu. Need näited kinnitavad tootjate selgitusi, et paljude materjalide puhul, eriti puidu töötlemisel, võimaldab suurem võimsus kasutada sama sügavuse saavutamiseks suuremat kiirust, mis tõstab tootlikkust.
Graveerimise detaili ja minimaalse kasutatava võimsuse juures tuleb arvestada kahe praktilise probleemiga, mis muutuvad suurema võimsuse puhul sagedamini märgatavaks, eriti klaastorudega masinatel. Esiteks on olemas minimaalne süttimislävi: suurema võimsusega torud vajavad sageli kõrgemat minimaalset võimsust, et stabiilselt tööle hakata. Seetõttu võib väga madala protsendiga graveerimine olla raskemini juhitav, tekitades triibutamist või ebaühtlaseid heledaid jälgi. Teiseks piirab peenet graveerimist fokuseeritud kiire punktisuurus ja liikumissüsteemi täpsus. Optika teooria seob fokuseeritud punkti suuruse lainepikkuse, fookuskauguse, läätse juurde jõudva kiire läbimõõdu ja kiire kvaliteediga. Mõned praktikud märgivad, et väga suure võimsusega klaastorud võivad anda suurema kiire ning seetõttu halvema ülipeene graveerimisvõime võrreldes väiksema võimsusega või RF-allikatega, kuigi see sõltub tugevalt optikast ja joondusest.
80W laser tasub valida siis, kui töös on palju graveerimist, õhukesi materjale ja on vaja tugevat üldvõimekust ilma, et peaks minema liiga nõudliku jahutuse, õhuvarustuse või väljatõmbesüsteemi peale. Troteci juhised sobivad hästi selle mõttega: peamiselt graveerimiseks annab häid tulemusi umbes 25–80W vahemik. 130W tasub valida siis, kui töö ja sissetulek põhineb lõikamise tootlikkusel, paksematel materjalidel või suurel tootmiskiirusel. Tootjad soovitavad üle 80W masinat just lõikamiseks ja väga kiirete rakenduste jaoks.
Kuidas CO2 laseri seadistused tegelikult toimivad
Tootjad kirjeldavad protsentvõimsust kui laseri väljundtaseme juhtimist, mis rakendub sageli töötsüklilaadse modulatsioonina, eriti rastertöödes ja draiveriga juhitavates süsteemides. Praktiline ligikaudne valem on järgmine: keskmine optiline võimsus võrdub nimivõimsusega korrutatuna võimsusprotsendiga, jagatud sajaga. See tähendab, et 80W laser 30% juures annab umbes 24W ning 130W laser 30% juures umbes 39W.
Samas tuleb arvestada vähemalt kahe olulise piiranguga. Esiteks erinevad masinad omavahel isegi siis, kui nad on sama tüüpi. Toru väljund muutub optika puhtuse, joondatuse ja toru vananemise tõttu. Teiseks mõjutavad mõnel kontrolleril, eriti Ruida süsteemides, tegelikult materjalile jõudvat energiat ka sellised seaded nagu minimaalne ja maksimaalne võimsus ning stardikiiruse parameetrid, mis võivad muuta käitumist aeglase liikumise või nurkade puhul.
Vektorlõike puhul on kasulik mõelda jooneühiku kohta antavale energiale. Üldine ligikaudne valem ütleb, et energia ühe millimeetri kohta on keskmine võimsus jagatud kiirusega ning saadud tulemus jagatud tuhandega. Kui fookus ja sagedus püsivad sarnased, võib sarnase lõikeenergia hoidmiseks suurendada kiirust ligikaudu võrdeliselt kättesaadava võimsuse kasvuga. Näiteks kui minna 80W pealt 130W peale ja protsentvõimsus jääb samaks, võib alustada kiiruse suurendamisest umbes 1,63 korda, sest 130 jagatud 80-ga annab just selle suhte. Seejärel tuleb tulemust testida ja vajadusel täpsustada.
Rastergraveerimine käitub rohkem energia järgi pindala kohta. Kui suurendada kiirust, vähendada võimsust, kasutada suuremat scan gap’i ehk väiksemat DPI-d või teha mitu läbimist, võib sageli jõuda sarnase tumeduse või sügavuseni ilma materjali üle põletamata. Tootjad soovitavadki mõne rakenduse puhul kasutada mitut graveerimispassi, et vähendada ühe läbimise kuumusstressi.
Sagedus (Hz) ja PPI ning miks servad muutuvad
Troteci praktiline selgitus on, et graveerimisel kasutatakse PPI-d ehk impulsse tolli kohta ja see peaks vastama DPI-le või olema selle kordne. Lõikamisel kasutatakse aga sagedust hertsides ning CO2 laserite vahemik võib ulatuda ligikaudu 1000 kuni 60 000 hertsini. Akrüüli lõikamisel toetab kõrgem sagedus, näiteks 5000 kuni 20 000 Hz, siledamaid servi, sest kuumutamine muutub ühtlasemaks. Puidu lõikamisel aitab madalam sagedus, näiteks umbes 1000 Hz, hoida serva heledamana ja vähendada kuumuskoormust.
Universal Laser Systemsi selgituse järgi võib kõrgem PPI suurendada sulamist, põlemist ja söestumist, madalam PPI aga vähendada neid nähtusi, samas muuta serva sakilisemaks või tekitada väga madala väärtuse korral tahtliku perforeeriva efekti.
Fookus, läätse valik ja nende mõju võimsusele ning kvaliteedile
Lühema fookuskaugusega lääts tekitab väiksema laserpunkti, mis tähendab suuremat energiatihedust, kuid samal ajal väiksemat teravussügavust. Pikema fookuskaugusega lääts tekitab suurema punkti, annab rohkem fookustaluvust ja sobib tihti paremini paksema materjali lõikamiseks. Troteci rusikareegel ütleb, et peene graveerimise jaoks tuleks kasutada lühemat fookust ja paksu materjali lõikamiseks pikemat fookust. Optikateooria selgitab kiire vöökoha, punktisuuruse ja Rayleigh’ ulatuse kaudu, miks fookusvead halvendavad tulemust väga kiiresti.
Graveerimise algseadistamine
Allpool olevad graveerimise algseadistused põhinevad peamiselt Thunderi 80W ja 130W parameetritabelitel, kus on toodud kiirus, maksimaalne võimsus ja scan interval. Need on mõeldud praktiliste algseadistustena. Materjalide puhul, kus CO2 graveerimise käitumine sõltub tugevalt konkreetsest koostisest, nagu valatud ja ekstrudeeritud akrüüli erinevus, kaetud metallid või klaas, on märkustes arvestatud ka tootjate juhiste ja ohutusandmetega.
Kiirus on toodud millimeetrites sekundis. Interval tähendab scan gap’i millimeetrites. DPI võib ligikaudselt arvutada valemiga 25,4 jagatud intervaliga. Kui tarkvara kasutab millimeetreid minutis, tuleb mm/s korrutada kuuekümnega.
Kasevineeri või Baltic birch vineeri puhul, paksusega 3 kuni 6 mm, võib 80W masinal alustada umbes 18–28% võimsuse ja 500 mm/s juures ning 130W masinal 12–20% ja 500 mm/s juures. MDF-i puhul 3 mm paksuse korral võiks 80W masinal alustada umbes 28% juures ja 130W puhul umbes 20% juures, mõlemal kiirus 500 mm/s. Lehtpuude, nagu vaher, tamm või pähkel, puhul võiks 80W masinal kasutada umbes 20–30% ja 400–500 mm/s ning 130W masinal 15–25% samas kiirusvahemikus. Valatud akrüüli puhul sobib mõlemal masinal esialgseks lähtekohaks umbes 20% ja 500 mm/s, ekstrudeeritud akrüüli puhul pigem 15–20% ja 500 mm/s. Õhukese puiduspooni puhul tuleks kasutada madalamat võimsust, näiteks 10–18% 80W puhul ja 8–15% 130W puhul. Taimparknahk vajab ligikaudu 20% või veidi vähem, sünteetilise naha puhul tuleb olla ettevaatlik, sest paljud sünteetilised nahad sisaldavad PVC-d. Tavalise paberi puhul võiks alustada umbes 18% ja 500 mm/s 80W peal ning 14% ja 500 mm/s 130W peal. Kartongi puhul võib kasutada umbes 20% ja 500 mm/s mõlemal masinal. Klaasi söövitamisel kasutatakse tavaliselt 20–25% ja 500 mm/s. Kivi puhul sõltuvad seadistused tugevalt materjalist, kuid alguses tuleks kasutada tagasihoidlikke väärtusi ja vajadusel tõsta. Kummitemplite jaoks sobivad märksa kõrgemad võimsused. Puuvill ja polüester vajavad ettevaatlikku testimist, sest puuvill võib kõrbeda ja polüester sulada. Korgi, värvitud pindade ja anodeeritud alumiiniumi puhul tuleb samuti lähtuda materjalispetsiifilisest käitumisest. Katmata metallidele CO2 laser üldjuhul ei sobi, roostevaba terast saab märgistada ainult märgistusühendiga. PVC-d ja vinüüli ei tohi üldse laseriga töödelda ning polükarbonaati tuleks käsitleda kõrge riskiga materjalina.
Lõikamise algseadistamine
Lõikamise algväärtused põhinevad samuti peamiselt Thunderi 80W ja 130W tabelitel. Sageduse juhised lähtuvad tootjate selgitustest: akrüül vajab kõrgemat sagedust, puit madalamat ning tekstiilid jäävad enamasti vahemikku 1000–3000 Hz. PET-G lõikamise puhul on kasutatud plastitootja juhendit, mille tööstuslikud väärtused on kohandatud esialgseks lähtekohaks.
3 mm kasevineeri puhul võib 80W masinal alustada umbes 90% võimsuse ja 55 mm/s juures ning 130W masinal umbes 80–90% ja 90 mm/s juures. 4,5 mm vineeri puhul oleks 80W algväärtus umbes 90% ja 35 mm/s ning 130W puhul 90% ja 45 mm/s. 3 mm MDF-i puhul sobib 80W masinal ligikaudu 90% ja 30–38 mm/s ning 130W masinal 90% ja 28–40 mm/s. 6 mm valatud akrüüli puhul sobib 80W jaoks umbes 90% ja 10 mm/s, 130W jaoks umbes 90% ja 12–14 mm/s, mõlemal juhul tuleks kasutada kõrgemat sagedust. 10 mm akrüüli puhul oleks 80W puhul lähtepunkt umbes 90% ja 3,5 mm/s ning 130W puhul 90% ja 5 mm/s. Õhuke spoon, nahk, paber, kartong, kangas, kumm ja kork vajavad kõik eraldi testimist, kuid üldreeglina on 130W masinaga võimalik sama töö juures kasutada suuremat kiirust või teha vähem läbimisi.
Kaetud metallid, näiteks anodeeritud alumiinium või pulbervärvitud teras, ei kuulu CO2 laseriga lõikamise alla, vaid neid märgistatakse või graveeritakse. Katmata metallid peegeldavad CO2 lainepikkust ning nende otseseks märgistamiseks sobib pigem kiudlaser. PVC ja vinüül on täielikult keelatud, polükarbonaati tuleks vältida, kui puudub väga kindel teave selle koostise ja ohutuse kohta.
Ohutus ja materjalipõhised tähelepanekud
Ventilatsioon ja suitsu eemaldus ei ole vabatahtlikud lisad, vaid hädavajalikud. Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi juhised rõhutavad, et laserid peavad olema varustatud piisava väljatõmbega vastavalt tootja soovitustele ning paljudel juhtudel on vaja spetsiaalselt projekteeritud süsteemi, millel on piisav staatiline rõhk. Lihtsast ruumiventilatsioonist ei piisa. Ka tootjate ja materjalide ohutusandmelehed nõuavad plastide laserlõikamisel piisavat ventilatsiooni.
On mitmeid materjale, mida tuleb käsitleda rangete keeldudena. PVC-d ja vinüüli ei tohi lõigata ega graveerida. Epilog Laser hoiatab, et PVC-ga seotud ühendid võivad tekitada vesinikkloriidi ja vinüülkloriidi, mis kahjustavad pöördumatult masinat ning on tervisele ohtlikud. Trotec loetleb PVC ja halogeene sisaldavad materjalid samuti sobimatute hulka, sest nende töötlemisel võivad tekkida ohtlikud gaasid ja tolmud. Üks tootjatest ütleb lausa otse, et vinüüli ega PVC-d ei tohi kunagi lõigata.
Nahk ja sünteetiline nahk vajavad koostise kontrolli. Troteci andmetel on kroom(VI)-ühendeid sisaldav nahk sobimatu ning paljud sünteetilised nahad sisaldavad PVC-d. Ka hiljutised teadusartiklid on näidanud, et teatud parknahkade laserlõikamisel võivad tekkida ohtlikud kroomiühendid.
MDF ja mõned vineerid kuuluvad komposiitpuitude hulka, mille puhul tuleb arvestada vaiguga ja formaldehüüdi emissiooniga. Seetõttu tuleks neid materjale käsitleda tugevalt suitsevate materjalidena, mis vajavad head väljatõmmet.
Järeltöötlus ja praktilised märkused
Akrüüli puhul graveerub valatud materjal härmasvalgeks, ekstrudeeritud materjal lõikub enamasti siledamalt. Kaitsekile eemaldamine pärast tööd aitab vähendada suitsuhägu. Klaasi puhul võib kasutada soojuse hajutamise võtteid, näiteks seebikilet, et vähendada killustumist ja saada ühtlasem matt pind. Kaetud metallide puhul tuleb arvestada, et kate või anodeering eemaldatakse, ning jäägid tuleks pärast tööd maha pühkida. Märgistusühendite puhul tuleb kanda peale õhuke kiht, lasta sel kuivada, teha laseriga töötlus ja seejärel pesta üleliigne aine maha. PET-G võib pärast töötlemist lõhnata ning detailid tasub õhutada ja sooja veega puhastada.
Tõrkeotsing, hooldus ja otsustusprotsess
Kui puidu servad lähevad väga tumedaks või söestuvad, tuleks suurendada kiirust, vähendada võimsust või vähendada sagedust, näiteks puitu lõigates liikuda umbes 1000 Hz suunas. Samuti võib aidata mitme kiirema läbimise kasutamine ühe aeglase asemel.
Kui materjal ei lõika läbi, eriti vineeri või MDF-i puhul, tuleks natuke vähendada kiirust, suurendada võimsust, kontrollida fookust ja veenduda, et air assist töötab korralikult. Samuti tuleks kontrollida, ega materjalis pole liimipesi või paksuse kõikumist. Mitme läbimise kasutamine võib aidata, kuid suurendab sageli serva söestumist.
Kui akrüüli serv jääb kare või mitte piisavalt läikiv, tuleks suurendada sagedust, kontrollida kaitsekile sobivust, veenduda õhuvoolu ja fookuse korrektsuses ning paksema materjali puhul kaaluda pikema fookuskaugusega läätse, et vähendada koonilisust.
Kui plast sulab või keevitub uuesti kokku, tuleks vähendada sagedust või suurendada kiirust, veenduda piisavas õhu puhumises ning vajadusel kasutada mitut läbimist koos jahutuspausidega.
Kui tekivad leegid või süttimised, näiteks paberi, korgi või mõne puidu puhul, tuleks suurendada õhuvoolu, puhastada kärgpind ja prahialus, vähendada laserkiire viibeaega materjalil ning mitte kunagi jätta masinat järelevalveta.
Määrdunud optika võib tekitada mulje, nagu oleks laser nõrk. Tegelikult vähendab optika saastumine materjalini jõudvat võimsust ja võib kahjustada läätsi. Tootjad soovitavad optikat puhastada regulaarselt, mõnel juhul isegi iga päev. Ka joondusvead ja vale fookus võivad jätta mulje, et seadistused on valed, seetõttu tuleks need alati tõrkeotsingu käigus üle kontrollida.
Praktiline viis 80W seadistuse ülekandmiseks 130W masinale on alustada valemiga: kiirus 130W peal võrdub 80W kiirusega, korrutatud suhtega 130 jagatud 80-ga. See annab umbes 1,63-kordse kiiruse kasvu. Seejärel võib vajadusel veidi vähendada võimsust ning täpsustada sagedust vastavalt sellele, kas soovitakse paremat akrüüliserva või heledamat puiduserva. See loogika lähtub energia-pikkuse põhimõttest ja on kooskõlas tootjate märkustega, et suurem võimsus võimaldab kasutada suuremat kiirust sama lõikesügavuse saavutamiseks.
