Настройки CO2-лазера – сравнение CO2-лазеров 80W и 130W.
Краткое резюме
Фактический результат работы CO2-лазера зависит прежде всего от того, какое количество энергии подаётся на материал на определённую длину или площадь, а не от какой-то одной настройки. Мощность, скорость, частота импульсов (Hz) или плотность импульсов (PPI), фокусировка и подача воздуха влияют друг на друга, и производители неизменно подчёркивают, что перед началом производства необходимо проводить тесты именно на той партии материала, которая будет использоваться в работе.
На практике CO2-лазер мощностью 80W часто считается хорошим компромиссным вариантом для самых разных задач. Он хорошо режет стандартные материалы, используемые в мастерской, и при этом подходит для детальной гравировки и небольших работ. CO2-лазер мощностью 130W, напротив, обычно обеспечивает более высокую производительность: с его помощью можно резать быстрее, работать с более толстым материалом или получать нужный результат за меньшее число проходов. Особенно заметно это при обработке акрила, MDF и фанеры, что соответствует рекомендациям производителей: более высокая мощность позволяет использовать большую скорость для достижения той же глубины реза.
Важно понимать, что процент мощности нельзя напрямую сравнивать между лазерами разной мощности. Настройка, например, 30% мощности, не означает одинаковую абсолютную выходную мощность для машин 80W и 130W. 30% от 80W-лазера составляет примерно 24W, тогда как 30% от 130W-лазера — около 39W, и это ещё без учёта реальной эффективности трубки или её калибровки. Производители описывают процент мощности как управление, схожее с рабочим циклом, и отмечают, что между машинами существуют различия, а со временем происходит и износ.
Оптимальный рабочий процесс — использовать повторяемую схему принятия решений: выбрать материал, определить подходящую стратегию линзы и фокусировки, начать с проверенных базовых настроек, сделать небольшую тестовую сетку и изменять только один параметр за раз. Обычно сначала корректируют скорость, затем мощность, после этого частоту или PPI и в конце — фокус. Такой подход соответствует как рекомендациям производителей, так и так называемому методу power grid, применяемому производителями маркировочных составов, цель которого — быстро и системно подобрать подходящие настройки.
Область применения, исходные предположения и интерпретация настроек
Это руководство исходит из того, что используется CO2-лазер с длиной волны 10,6 микрометра — будь то стеклянная трубка или RF-трубка, — и что машина оснащена подачей воздуха и активным удалением дыма. Также предполагается обработка обычных материалов, используемых в мастерской: дерева, пластиков, кожи, резины, покрытых металлов, стекла и камня.
Контроллер или программное обеспечение могут использовать в качестве единицы скорости миллиметры в секунду или миллиметры в минуту, что характерно, например, для рабочих процессов Ruida и LightBurn. Однако многие базы данных производителей описывают скорость в процентах, и напрямую перевести их в абсолютные значения невозможно без знания максимальной скорости машины и особенностей её движения.
Там, где в отчёте приводятся числовые стартовые настройки, в качестве основы использованы параметрические таблицы производителей для CO2-лазеров 80W и 130W, руководства по эксплуатации, объясняющие работу мощности, скорости, PPI и Hz, а также документы по безопасности материалов и химических веществ и технические спецификации. Поскольку конкретная модель машины, оптика и качество луча не указаны, все таблицы следует рассматривать как стартовые диапазоны, которые затем необходимо подтвердить тестами.
Различия между CO2-лазерами 80W и 130W и когда какой вариант выбирать
Самый прямой способ сравнить возможности машин 80W и 130W — посмотреть на указанные производителем скорости резки для одного и того же материала и толщины. Например, при резке акрила толщиной 20 мм машина 80W показывает примерно 0,8 мм/с при высокой мощности, тогда как машина 130W — около 2 мм/с. Это означает, что в данном примере скорость выше примерно в 2,5 раза. Разница заметна и на фанере толщиной 2 мм: базовая скорость машины 80W составляет примерно 80 мм/с, а у 130W — около 150 мм/с. В случае MDF различия при некоторых толщинах меньше, но при более толстом материале более мощная машина имеет больший запас.
Эти примеры подтверждают объяснение производителей: для многих материалов, особенно при обработке древесины, большая мощность позволяет использовать более высокую скорость для достижения той же глубины реза, что повышает производительность.
Если говорить о детализации гравировки и минимально используемой мощности, следует учитывать две практические проблемы, которые чаще проявляются при большей мощности, особенно у машин со стеклянными трубками. Во-первых, существует минимальный порог зажигания: трубки большей мощности часто требуют более высокой минимальной мощности для стабильного запуска. Поэтому гравировка на очень низких процентах мощности может быть сложнее в управлении, вызывая полосы или неравномерные светлые следы. Во-вторых, тонкая гравировка ограничивается размером сфокусированного пятна луча и точностью системы перемещения. Теория оптики связывает размер сфокусированного пятна с длиной волны, фокусным расстоянием, диаметром луча на линзе и качеством луча. Некоторые практики отмечают, что стеклянные трубки очень большой мощности могут давать более широкий луч и, следовательно, худшую способность к сверхтонкой гравировке по сравнению с менее мощными трубками или RF-источниками, хотя это сильно зависит от оптики и юстировки.
Лазер 80W стоит выбирать в тех случаях, когда в работе много гравировки, используются тонкие материалы и требуется хорошая универсальность без необходимости переходить к слишком требовательной системе охлаждения, подачи воздуха или вытяжки. Рекомендации Trotec хорошо соответствуют этой логике: для преимущественно гравировальных задач хорошие результаты обычно даёт диапазон около 25–80W. Лазер 130W стоит выбирать тогда, когда работа и доход в значительной степени зависят от производительности резки, обработки толстых материалов или высокой скорости производства. Производители рекомендуют машины мощностью свыше 80W именно для резки и очень быстрых применений.
Как на самом деле работают настройки CO2-лазера
Производители описывают процент мощности как управление уровнем выходной мощности лазера, которое часто реализуется в виде модуляции, похожей на рабочий цикл, особенно при растровой обработке и в системах с управлением через драйвер. Практическая приближённая формула выглядит так: средняя оптическая мощность равна номинальной мощности, умноженной на процент мощности и разделённой на сто. Это означает, что лазер 80W при 30% даёт примерно 24W, а лазер 130W при 30% — около 39W.
При этом необходимо учитывать как минимум два важных ограничения. Во-первых, машины отличаются друг от друга даже в пределах одного и того же типа. Выход трубки меняется из-за чистоты оптики, её юстировки и старения трубки. Во-вторых, на некоторых контроллерах, особенно в системах Ruida, на фактическое количество энергии, поступающей в материал, влияют также такие параметры, как минимальная и максимальная мощность, а также параметры стартовой скорости, которые могут изменять поведение машины при медленном движении или прохождении углов.
При векторной резке полезно мыслить энергией, подаваемой на единицу длины линии. Общая приближённая формула говорит, что энергия на один миллиметр равна средней мощности, делённой на скорость, а затем полученный результат делится на тысячу. Если фокус и частота остаются примерно одинаковыми, то для сохранения аналогичной энергии реза скорость можно увеличивать примерно пропорционально росту доступной мощности. Например, при переходе с 80W на 130W и сохранении того же процента мощности можно начать с увеличения скорости примерно в 1,63 раза, так как 130, делённое на 80, даёт именно это соотношение. После этого результат необходимо проверить и при необходимости уточнить настройки.
Растровая гравировка в большей степени зависит от энергии на единицу площади. Если увеличить скорость, уменьшить мощность, использовать больший scan gap, то есть более низкий DPI, или сделать несколько проходов, часто можно получить схожую тёмность или глубину без пережога материала. Именно поэтому производители для некоторых задач рекомендуют использовать несколько гравировальных проходов, чтобы уменьшить тепловую нагрузку за один проход.
Частота (Hz) и PPI, и почему меняется кромка
Практическое объяснение Trotec заключается в том, что при гравировке используется PPI — количество импульсов на дюйм, — и этот показатель должен соответствовать DPI или быть ему кратным. При резке же используется частота в герцах, и для CO2-лазеров диапазон может составлять примерно от 1000 до 60 000 Гц. При резке акрила более высокая частота, например от 5000 до 20 000 Гц, способствует получению более гладких кромок, поскольку нагрев становится более равномерным. При резке древесины более низкая частота, например около 1000 Гц, помогает сохранить кромку более светлой и снизить тепловую нагрузку.
Согласно объяснению Universal Laser Systems, более высокий PPI может усиливать плавление, горение и обугливание, тогда как более низкий PPI может уменьшать эти явления, но при этом делать кромку более зубчатой или, при очень низких значениях, создавать преднамеренный эффект перфорации.
Фокус, выбор линзы и их влияние на мощность и качество
Линза с более коротким фокусным расстоянием создаёт меньшее лазерное пятно, что означает более высокую плотность энергии, но одновременно меньшую глубину резкости. Линза с более длинным фокусным расстоянием создаёт большее пятно, даёт большую допустимость по фокусу и часто лучше подходит для резки более толстого материала. Практическое правило Trotec гласит: для тонкой гравировки следует использовать более короткий фокус, а для резки толстого материала — более длинный. Теория оптики через понятия перетяжки луча, размера пятна и длины Рэлея объясняет, почему ошибки фокусировки очень быстро ухудшают результат.
Начальные настройки для гравировки
Приведённые ниже стартовые настройки для гравировки основаны главным образом на параметрических таблицах Thunder для 80W и 130W, где указаны скорость, максимальная мощность и scan interval. Они предназначены как практические исходные значения. Для материалов, поведение которых при CO2-гравировке сильно зависит от конкретного состава, например различия между литым и экструдированным акрилом, покрытых металлов или стекла, в примечаниях также учтены рекомендации производителей и данные по безопасности.
Скорость указана в миллиметрах в секунду. Interval означает scan gap в миллиметрах. DPI можно приблизительно рассчитать по формуле 25,4, делённое на interval. Если программное обеспечение использует миллиметры в минуту, значение мм/с нужно умножить на шестьдесят.
Для берёзовой фанеры или Baltic birch толщиной от 3 до 6 мм на машине 80W можно начинать примерно с 18–28% мощности при скорости 500 мм/с, а на машине 130W — с 12–20% при той же скорости 500 мм/с. Для MDF толщиной 3 мм можно начать примерно с 28% на машине 80W и около 20% на машине 130W, в обоих случаях при скорости 500 мм/с. Для твёрдых пород древесины, таких как клён, дуб или орех, для машины 80W можно использовать примерно 20–30% и 400–500 мм/с, а для 130W — 15–25% в том же диапазоне скоростей. Для литого акрила в качестве начальной точки на обеих машинах подходит около 20% и 500 мм/с, а для экструдированного акрила — скорее 15–20% и 500 мм/с. Для тонкого древесного шпона следует использовать более низкую мощность, например 10–18% для 80W и 8–15% для 130W. Растительно дублёная кожа требует примерно 20% или немного меньше; с синтетической кожей нужно быть осторожным, так как многие виды синтетической кожи содержат PVC. Для обычной бумаги можно начать примерно с 18% и 500 мм/с на 80W и с 14% и 500 мм/с на 130W. Для картона можно использовать около 20% и 500 мм/с на обеих машинах. При травлении стекла обычно используют 20–25% и 500 мм/с. В случае камня настройки сильно зависят от материала, но начинать следует с умеренных значений и при необходимости повышать их. Для резиновых штампов подходят значительно более высокие мощности. Хлопок и полиэстер требуют осторожного тестирования, так как хлопок может подгорать, а полиэстер — плавиться. Для пробки, окрашенных поверхностей и анодированного алюминия также необходимо учитывать специфику конкретного материала. Для непокрытых металлов CO2-лазер, как правило, не подходит; нержавеющую сталь можно маркировать только с использованием специального маркировочного состава. PVC и винил вообще нельзя обрабатывать лазером, а поликарбонат следует считать материалом высокого риска.
Начальные настройки для резки
Исходные параметры для резки также в основном основаны на таблицах Thunder для лазеров 80W и 130W. Рекомендации по частоте опираются на пояснения производителей: акрил требует более высокой частоты, древесина — более низкой, а для текстиля значения чаще всего находятся в диапазоне 1000–3000 Hz. Для резки PET-G использованы рекомендации производителя пластика, при этом промышленные значения адаптированы в качестве первоначальной отправной точки.
Для берёзовой фанеры толщиной 3 мм на машине 80W можно начинать примерно с 90% мощности и скорости 55 мм/с, а на машине 130W — примерно с 80–90% и 90 мм/с. Для фанеры толщиной 4,5 мм исходным значением для 80W будет около 90% и 35 мм/с, а для 130W — 90% и 45 мм/с. Для MDF толщиной 3 мм на машине 80W подходит примерно 90% и 30–38 мм/с, а на машине 130W — 90% и 28–40 мм/с. Для литого акрила толщиной 6 мм для 80W подходит около 90% и 10 мм/с, для 130W — около 90% и 12–14 мм/с; в обоих случаях следует использовать более высокую частоту. Для акрила толщиной 10 мм отправной точкой для 80W будет примерно 90% и 3,5 мм/с, а для 130W — 90% и 5 мм/с. Тонкий шпон, кожа, бумага, картон, ткань, резина и пробка требуют отдельного тестирования, однако общее правило таково: на машине 130W для той же задачи обычно можно использовать более высокую скорость или меньшее количество проходов.
Покрытые металлы, например анодированный алюминий или сталь с порошковым покрытием, не относятся к материалам для резки CO2-лазером — их маркируют или гравируют. Непокрытые металлы отражают CO2-излучение, поэтому для их прямой маркировки больше подходит волоконный лазер. PVC и винил полностью запрещены, а поликарбоната следует избегать, если нет полной уверенности в его составе и безопасности.
Безопасность и замечания по материалам
Вентиляция и удаление дыма — это не дополнительные опции, а жизненно важные условия работы. Согласно рекомендациям Массачусетского технологического института, лазерные системы должны быть оснащены достаточной вытяжкой в соответствии с требованиями производителя, а во многих случаях требуется специально спроектированная система с достаточным статическим давлением. Обычной вентиляции помещения недостаточно. Кроме того, технические паспорта безопасности производителей и материалов также требуют достаточной вентиляции при лазерной резке пластиков.
Существует ряд материалов, которые необходимо рассматривать как строго запрещённые. PVC и винил нельзя ни резать, ни гравировать. Epilog Laser предупреждает, что соединения, связанные с PVC, могут выделять хлороводород и винилхлорид, которые необратимо повреждают оборудование и опасны для здоровья. Trotec также относит PVC и материалы, содержащие галогены, к неподходящим, поскольку при их обработке могут образовываться опасные газы и пыль. Один из производителей прямо указывает, что винил и PVC нельзя резать никогда.
Кожа и синтетическая кожа требуют обязательной проверки состава. По данным Trotec, кожа, содержащая соединения хрома(VI), является неподходящей для обработки, а многие виды синтетической кожи содержат PVC. Недавние научные публикации также показали, что при лазерной резке некоторых видов дублёной кожи могут образовываться опасные соединения хрома.
MDF и некоторые виды фанеры относятся к композитным древесным материалам, при обработке которых необходимо учитывать наличие смол и выделение формальдегида. Поэтому такие материалы следует рассматривать как сильно дымящие и требующие хорошей вытяжки.
Постобработка и практические замечания
При работе с акрилом литой материал при гравировке даёт матово-белый эффект, тогда как экструдированный акрил обычно режется более гладко. Удаление защитной плёнки после обработки помогает уменьшить дымовой налёт. При обработке стекла можно использовать методы рассеивания тепла, например мыльную плёнку, чтобы снизить риск сколов и получить более равномерную матовую поверхность. При работе с покрытыми металлами нужно учитывать, что покрытие или анодированный слой удаляются, а остатки после обработки следует вытереть. При использовании маркировочных составов необходимо нанести тонкий слой, дать ему высохнуть, выполнить лазерную обработку, а затем смыть излишки вещества. После обработки PET-G может сохранять запах, поэтому детали стоит проветрить и промыть тёплой водой.
Поиск неисправностей, обслуживание и логика принятия решений
Если кромки древесины становятся слишком тёмными или обугливаются, следует увеличить скорость, уменьшить мощность или снизить частоту, например при резке древесины сместиться в сторону примерно 1000 Hz. Также может помочь использование нескольких более быстрых проходов вместо одного медленного.
Если материал не прорезается насквозь, особенно в случае фанеры или MDF, следует немного снизить скорость, увеличить мощность, проверить фокусировку и убедиться, что air assist работает должным образом. Также необходимо проверить, нет ли в материале клеевых включений или перепадов толщины. Использование нескольких проходов может помочь, но часто усиливает обугливание кромки.
Если кромка акрила получается шероховатой или недостаточно глянцевой, следует увеличить частоту, проверить совместимость защитной плёнки, убедиться в правильности воздушного потока и фокусировки, а для более толстого материала рассмотреть использование линзы с большим фокусным расстоянием, чтобы уменьшить конусность.
Если пластик плавится или снова сваривается по линии реза, следует уменьшить частоту или увеличить скорость, убедиться в достаточной подаче воздуха и при необходимости использовать несколько проходов с паузами на охлаждение.
Если возникают пламя или воспламенение, например при обработке бумаги, пробки или некоторых видов древесины, необходимо увеличить поток воздуха, очистить сотовый стол и поддон от мусора, уменьшить время воздействия луча на материал и ни в коем случае не оставлять машину без присмотра.
Загрязнённая оптика может создавать впечатление, что лазер ослаб. На самом деле загрязнение оптики снижает мощность, доходящую до материала, и может повредить линзы. Производители рекомендуют регулярно очищать оптику, в некоторых случаях даже ежедневно. Ошибки юстировки и неправильная фокусировка также могут создавать впечатление, будто настройки выбраны неверно, поэтому при поиске неисправностей их всегда следует проверять в первую очередь.
Практический способ переноса настроек с машины 80W на машину 130W — начать с формулы: скорость на 130W равна скорости на 80W, умноженной на отношение 130 к 80. Это даёт увеличение скорости примерно в 1,63 раза. После этого при необходимости можно немного уменьшить мощность и уточнить частоту в зависимости от того, требуется ли более качественная кромка акрила или более светлая кромка древесины. Эта логика основана на принципе энергии на единицу длины и соответствует замечаниям производителей о том, что большая мощность позволяет использовать более высокую скорость для достижения той же глубины реза.
