Przemysłowa grawerka laserowa: 7 czynników, które należy rozważyć przed wyborem własnej


High Power Industrial Laser Engraver at 0.45 µm Wavelength

Grawerowanie laserowe odnosi się do procesu produkcji nietradycyjnej, w którym wiązka lasera jest używana do grawerowania powierzchni materiałów. Zakup maszyny do grawerowania laserowego jest często krytyczną decyzją dla większości firm, ponieważ jest ona przydatna do grawerowania ich oznaczeń na produktach. Jest to najnowocześniejsza technologia, która wykorzystuje lasery o dużej mocy do grawerowania wzorów na różnych powierzchniach.

Grawerka laserowa jest sterowana komputerowo i wykonuje powierzone jej zadania efektywnie po dostarczeniu projektu CAD, postprocesora i odpowiedniego oprogramowania. Jednak przed sfinalizowaniem wyboru konkretnej grawerki laserowej warto rozważyć kilka czynników.


Czynniki, które należy rozważyć przed zakupem przemysłowej grawerki laserowej


Chociaż kilka opcji na rynku oferuje unikalne cechy, należy wybrać przemysłową grawerkę laserową, która wykona pracę, zapewni pożądane rezultaty, zmieści się w budżecie i nie będzie wymagała stałej konserwacji, aby uniknąć przestojów.

Sprawdź siedem czynników, które należy wziąć pod uwagę przed wyborem grawerki laserowej:


1. Materiały, które będą używane do przemysłowego grawerowania laserowego


Materiały, których używasz do grawerowania, określają typ przemysłowej grawerki laserowej, którą powinieneś zakupić. Aby uzyskać określony efekt grawerowania za pomocą przemysłowej grawerki laserowej, dla danego materiału wymagana jest określona gęstość mocy optycznej. Różne materiały można podzielić na kilka klas, takich jak na przykład metale, materiały drewnopochodne, skóra, tkaniny i tworzywa sztuczne, przy czym każda z tych klas wykazuje pewne podobieństwa pod względem wydajności grawerowania laserowego danego materiału.

Poniższy wykres przedstawia współczynnik odbicia dla różnych klas tkanin z włókien zwierzęcych i syntetycznych oraz pokazuje wartości współczynnika odbicia dla takich materiałów jak bawełna, skóra, poliester, włókna akrylowe (poliakrylonitryl), rayon i nylon. Niższe wartości współczynnika odbicia dla określonych długości fal lasera przemysłowego odpowiadają wyższej absorpcji lasera. Oznacza to, że dany typ materiału może być grawerowany najbardziej efektywnie przy użyciu długości fali lasera przemysłowego o najniższym współczynniku odbicia.


Industrial Laser Engraver Wavelength Reflectance Characteristics for Leather and Fabrics

Niebieski laser przemysłowy 450 nm (0,45 µm) jest doskonałym rozwiązaniem do laserowego grawerowania skóry, ponieważ skóra wykazuje szczytową absorpcję długości fali (najniższy współczynnik odbicia) pomiędzy 425 nm a 455 nm. Niebieskie lasery przemysłowe są również doskonałym wyborem do przemysłowego grawerowania różnych tkanin z włókien zwierzęcych, takich jak bawełna i wełna/kaszmir lub tkanin z włókien syntetycznych, takich jak poliester i nylon. Poniższy wykres przedstawia wartości współczynnika odbicia dla różnych próbek wełny/ kaszmiru.


Industrial Laser Engraver Wavelength Reflectance Characteristics for Wool/Cashmere

W przypadku metali główną rolę odgrywa przewodnictwo cieplne. Grawerowanie laserowe metali daje różne wyniki w zależności od przewodności cieplnej, współczynnika odbicia materiału oraz klasy danego stopu metalu (jeśli jest to stop metali). Poniższy wykres przedstawia charakterystykę absorpcji różnych rodzajów metali. Im wyższa wartość absorpcji dla danego metalu przy określonej długości fali lasera przemysłowego, tym bardziej efektywnie można grawerować ten metal za pomocą przemysłowej grawerki laser owej emitującej wiązkę laserową o tej długości fali. Ogólnie rzecz biorąc, jak pokazano na poniższym wykresie, niebieskie lasery 0,45 µm działają lepiej niż inne typy laserów w przypadku wielu typów metali. Należy jednak pamiętać, że do przemysłowego grawerowania niektórych metali potrzebna jest przemysłowa grawerka laserowa o określonej gęstości mocy optycznej i/lub mocy optycznej.


Industrial Laser Engraver Wavelength Reflectance Characteristics for Wool/Cashmere

W przypadku materiałów drewnopochodnych zalecana jest niższa długość fali lasera przemysłowego (około 450 nm). Dzieje się tak dlatego, że używanie np. lasera o długości fali podczerwonej do laserowego grawerowania drewna jest podobne do wzniecania pożaru.

Oprócz tego należy wziąć pod uwagę obszar, który wymaga grawerowania. Niektóre maszyny CNC są skonstruowane do pracy na rozległych obszarach, podczas gdy inne pracują na mniejszych. Warto również zdecydować, czy potrzebujemy przemysłowej grawerki laserowej do zastosowań niskonakładowych czy wysokonakładowych. Laserowe głowice grawerujące serii PLH3D można zintegrować z praktycznie każdą przemysłową maszyną CNC, ponieważ głowica laserowa wymaga jedynie cyfrowego sygnału napięciowego włączania/wyłączania. Może to być na przykład sygnał analogowy (0-5 V lub 0-10 V z adapterem, które odpowiadają odpowiednio poziomowi mocy lasera 0-100%). Można również sterować głowicą laserową za pomocą sygnału PWM (sygnał napięciowy o wartości od 2,5 V do 24 V odpowiada włączeniu przemysłowej grawerki laserowej, natomiast 0 V odpowiada wyłączeniu lasera).

Ogólnie rzecz biorąc, metal, skóra, bawełna, akryl (zwłaszcza pleksiglas), plastik, papier i drewno to jedne z najczęściej używanych materiałów, a różne materiały mogą czasami wymagać różnych długości fal, mocy optycznych lub gęstości mocy optycznej. Niebieskie lasery 450 nm są najbardziej uniwersalnym typem laserów, ponieważ wiele materiałów absorbuje niebieskie wiązki laserowe bardziej efektywnie niż wiązki o innych długościach fali. Niemniej jednak, jeśli niektóre z materiałów, które mają być grawerowane za pomocą przemysłowej grawerki laserowej, wymagałyby innej długości fali lub mocy lasera, firma Opt Lasers Grav może zaprojektować niestandardową głowicę laserową do konkretnego zastosowania przemysłowego. W tym celu należy skontaktować się z nami za pomocą formularza kontaktowego. Możesz również skorzystać z naszych bezpłatnych usług testowania materiałów, aby dowiedzieć się, jak nasze przemysłowe grawerki laserowe sprawdzą się w Twoim zastosowaniu.

Należy również wziąć pod uwagę kolor, zdolność absorpcji długości fali, odcień i barwę danego materiału. Ważne jest także, czy dany materiał można sklasyfikować jako przezroczysty lub półprzezroczysty.


2. Właściwości optyczne materiału


Kiedy światło lasera dociera do obiektu, oddziałuje z nim na kilka sposobów, które zależą od wewnętrznych właściwości materiału i długości fali lasera. W przypadku przemysłowego grawerowania laserem materiałów nieprzezroczystych lub nieprzezroczystych, jedynymi czynnikami dla danego typu materiału, które należy brać pod uwagę, są kolor, odcień i odcień danego materiału. Oznacza to, że na przykład czarny akryl może być grawerowany laserowo szybciej niż akryl zielony.

Poniżej omówimy przemysłowe grawerowanie laserem materiałów przezroczystych i półprzezroczystych.

  • Przezroczystość jest fizyczną właściwością materiałów, która pozwala światłu przechodzić przez nie bez rozpraszania (w skali makroskopowej).
  • Materiały pół przezroczyste przepuszczają tylko fragment światła, które ulega rozproszeniu i kilkakrotnie zmienia kierunek.

Można grawerować laserem materiały półprzezroczyste i przezroczyste, ale wydajność przemysłowej grawerki laserowej zależy od koloru, odcienia, połysku, przepuszczalności światła i zamglenia danego materiału. Aby grawerować szkło (lub inny przezroczysty lub półprzezroczysty materiał), można dodać ciemną warstwę bezpośrednio pod obiektem, a następnie skalibrować odległość roboczą tak, aby wiązka lasera skupiała się na jego styku, gdzie wykonywane jest grawerowanie laserowe.

Wydajność przemysłowej grawerki laserowej zależy od następujących parametrów:

  • Materiał, na którym wykonywane jest grawerowanie. Różne materiały przezroczyste i półprzezroczyste wymagają różnych ustawień.
  • Preferencji warstwy wierzchniej zatrzymującej światło, którą może być marker permanentny, farba lub taśma.
  • Ustawienie ostrości lasera i odległości roboczej, a także soczewki lasera.
  • Szybkość grawerowania i moc lasera.

3. Ochrona urządzenia


Należy również zapewnić bezpieczeństwo i ochronę przemysłowej maszyny do grawerowania laserowego podczas pracy frezarki CNC. W tym miejscu wkracza LaserDock, który sprawia, że zadanie to nie wymaga wysiłku.


Industrial Laser Protection - Laser Docking System

LaserDock jest magnetyczną stacją dokującą, której powierzchnie podelementów, które określają położenie laserowej stacji dokującej, stykają się ze sobą na ograniczonym obszarze. Aby uzyskać nieskazitelną wydajność, te elementy składowe są zbudowane z hartowanej stali, co zapewnia większą wytrzymałość, odporność na zużycie i twardość powyżej 50 HRC. Wystarczy odłączyć głowicę lasera od stacji dokującej i przechowywać ją w bezpiecznym miejscu. Nie trzeba odkręcać żadnych śrub, które trzeba będzie później ponownie wkręcić.

Można również użyć dyszy powietrznej pod wysokim ciśnieniem, która przyspiesza cięcie laserem nawet 6,5-krotnie i znacznie poprawia jakość końcową obrabianego materiału, zarówno w przypadku przemysłowego grawerowania, jak i cięcia laserowego.

Ponadto, wysokociśnieniowa dysza powietrzna Opt Laser Grav chroni optykę przed cząsteczkami dymu i kurzu, co pomaga 10-krotnie wydłużyć przerwy między kolejnymi czyszczeniami soczewek i zwiększa bezpieczeństwo użytkownika. Można również dostosować długość dyszy wysokociśnieniowej do różnej grubości materiału o +8/-4 mm w przypadku głowicy laserowej XF+ lub o +5/-4 mm w przypadku głowicy laserowej XF+ z przystawką µSpot Lens Upgrade. Dyszę wysokociśnieniową można zainstalować również na głowicach laserowych serii XT.


4. Części zamienne do celów wymiany


Spare Parts of an Industrial Laser Engraver

Innym istotnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, jest to, czy wybrana maszyna będzie wyposażona w łatwo dostępne części zamienne na wypadek awarii. Ponieważ każda maszyna wcześniej czy później będzie wymagała konserwacji, części zamienne muszą być łatwo dostępne.

Niektóre przemysłowe maszyny laserowe mogą kusić wszystkimi swoimi funkcjami i zaletami, lecz ich części zamienne mogą być rzadko spotykane na rynku lub mogą być zbyt drogie. Dlatego też, aby dokonać właściwego wyboru, należy koniecznie zrównoważyć właściwości maszyny i jej koszty operacyjne.


5. Budżet i łatwość konserwacji


Budżet jest jednym z czynników decydujących o tym, którą przemysłową grawerkę laserową ostatecznie zakupić. Na rynku dostępne są różne grawerki laserowe, które są idealne do różnych zastosowań.

Jeżeli potrzebujesz maszyny do cięcia różnych materiałów, to z pewnością będzie ona miała stosunkowo wyższą cenę. Chociaż można znaleźć tańsze opcje, mogą one być zbyt energochłonne, co prowadzi do wysokich rachunków za energię elektryczną.

Na przykład, mimo że lasery CO2 mają niski stosunek ceny do mocy optycznej, cierpią na słabą konwersję mocy elektrycznej na optyczną wynoszącą około 7,5%, co na przykład prowadzi do absorpcji tylko <0,3 W mocy optycznej na miedzi w przypadku lasera CO2 o mocy optycznej 30 W. Ponadto urządzenie laserowe CO2 o mocy optycznej 30 W zużywa 400 W energii elektrycznej, co prowadzi do wysokich rachunków za prąd.

Czynniki, które wpływają na ceny różnych konstrukcji przemysłowych grawerek laserowych to obszar grawerowania, jakość i trwałość komponentów, moc lasera, trwałość, gęstość mocy optycznej lasera oraz typ lasera.

Najmocniejsze diody laserowe to niebieskie diody laserowe 5+ W, które technicznie mogą pracować z mocą 6 W, ale przesterowanie ich do 7 W skraca ich żywotność o około 30%. Z kolei przesterowanie tych laserów do 8 W lub więcej spowoduje ich zniszczenie w ciągu 100 godzin lub mniej.

Konserwacja jest kolejnym kluczowym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze przemysłowej grawerki laserowej. Należy sprawdzić, jak często dana maszyna wymaga konserwacji i czy można to zrobić samemu, czy też potrzebny jest profesjonalista.

Dowiedz się, czy maszyna jest łatwa w konserwacji, czy też naprawy są skomplikowane, co prowadzi do wydłużenia czasu przestoju. Jeśli maszyna wymaga skomplikowanej i powtarzającej się konserwacji, firma może być zmuszona do zatrudnienia technika, co wiąże się z dodatkowymi kosztami.


6. Dokładność grawerowania


Różne firmy mają różne wymagania dotyczące dokładności. Na dokładność grawerowania przemysłowej grawerki laserowej wpływa kilka czynników, z których niektóre to

  1. Wielkość plamki skupionej wiązki grawerki laserowej jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na dokładność grawerowania przemysłowej maszyny laserowej.
  2. Technologia i jakość systemu optycznego oraz kontrola termiczna zastosowana w laserze przemysłowym. Zła technologia i/lub jakość części składowych może wprowadzać znaczne niekorzystne zmiany w dokładności grawerowania laserowego i utrudniać ogólną wydajność.
  3. Typ przekładni zastosowanej w maszynie grawerującej: napęd śrubowy i przekładnia zębatkowa. Napęd śrubowy zapewnia większą dokładność i precyzję niż przekładnia zębatkowa.
  4. Maksymalne przyspieszenie plotera CNC. Większe przyspieszenie daje lepsze rezultaty, jeśli użytkownik zdecyduje się na wykorzystanie techniki grawerowania laserem wektorowym, a nie rastrowym.
  5. Biegłość i technika stosowana przez techników podczas montażu również mają wpływ na dokładność przemysłowej grawerki laserowej.
  6. Kwadratowe maszyny grawerujące oferują większą dokładność niż maszyny grawerujące z kompasem.

Firma Opt Lasers oferuje szereg głowic z niebieskim laserem, które mogą służyć do różnych celów:


PLH3D-6W-XF+:
Wszechstronna głowica laserowa, która graweruje i tnie cienkie i grube materiały. Ulepszenie µSpot dla głowicy XF+ jest przeznaczone do grawerowania laserowego wysokiej jakości, ponieważ zwiększa rozdzielczość poprzez skupienie wiązki laserowej w ciaśniejszą plamkę. W przypadku przemysłowych zastosowań grawerowania laserowego, XF+ z aktualizacją µSpot Lens Upgrade zapewnia rozdzielczość rzeczywistego grawerowania laserowego przekraczającą 150 DPI (Dots per Inch). Jednocześnie cyfrowy obraz HD to zazwyczaj obraz o rozdzielczości 200-300 DPI, chociaż sama wartość cyfrowa nie ma znaczenia, ponieważ jakość wydruku zależy od jego planowanej wielkości. Tymczasem, dla bardziej praktycznego porównania, obraz Full HD wyświetlany na 24-calowym ekranie ma PPI (Pixels per Inch) równe 91,71, natomiast 24-calowy ekran 4k Ultra HD ma wskaźnik PPI równy 183,58. Zdjęcie poniżej przedstawia grawerowanie laserowe wykonane przy użyciu PLH3D-XF+ z µSpot Lens Upgrade na ciemnym anodyzowanym aluminium.

Laser Engraving Dark Anodized Aluminium with Industrial Laser Engraver

PLH3D-15W:
Zaprojektowany, aby zapewnić większą prędkość grawerowania laserem przemysłowym, jak również zwiększyć zakres materiałów, które mogą być grawerowane przez klientów przemysłowych. Poza typowym zakresem materiałów, które mogą być grawerowane laserem z głowicą XF+, PLH3D-15W może również grawerować przemysłowo stal nierdzewną, węglową oraz szybkobieżne odmiany stali i tytanu. Niemniej jednak, wiele maszyn CNC po prostu nie jest wystarczająco szybkich, aby w pełni wykorzystać możliwości PLH3D-15W, szczególnie w przypadku przemysłowego grawerowania materiałów drewnopochodnych. Na poniższym zdjęciu widać kod QR i nazwę firmy wygrawerowane laserowo na stali nierdzewnej.

Industrial Laser Engraving Stainless Steel

Specjalistyczne głowice laserowe serii XT:
Te głowice laserowe zostały zaprojektowane w celu przesunięcia granic w zakresie rozdzielczości, jaką można osiągnąć w przemysłowym grawerowaniu laserowym. Głowica laserowa XT-50 (6 W mocy optycznej) skupia wiązkę niebieskiego lasera w punkcie o wymiarach 50 µm na 4 µm (co odpowiada DPI grawerowania przemysłowego ponad 500), natomiast głowica laserowa XT-10 (0,5 W mocy optycznej) skupia wiązkę lasera w punkcie o wymiarach 10 µm na 4 µm (co odpowiada DPI grawerowania przemysłowego około 3100). Ponadto, głowica laserowa XT-50 może być również używana do grawerowania metali, w tym stali i jej stopów, a także tytanu. Poniższy rysunek przedstawia granicę dokładności grawerowania laserem przemysłowym w przypadku grawerowania wykonanego przy użyciu XT-10.

High-End Resolution Boundaries of Engraving Leather with a State-of-the-Art Industrial Laser Engraver

Maszyny CNC LEAD firmy OpenBuilds oraz maszyny CNC Masters są przykładami kwadratowych maszyn CNC napędzanych śrubami ołowianymi. Szukając odpowiedniej maszyny CNC dla przemysłowej grawerki laserowej, zaleca się zapoznanie się z najważniejszymi kwestiami dotyczącymi budowy, obsługi i innych zagadnień związanych z maszynami CNC.

Dla początkującej przemysłowej grawerki laserowej można wybrać maszynę CNC LEAD z napędem śrubowo-ołowiowym i kontrolerem BlackBox z uaktualnieniem LEAD CNC Laser firmy Opt Lasers Grav z PLH3D-6W-XF+ i LaserDock. Zalecamy również dodanie aktualizacji µSpot Lens, aby zapewnić precyzyjne przemysłowe cięcie i grawerowanie laserem do urządzenia LEAD CNC. Alternatywnie, możesz również złożyć swój zestaw lasera przemysłowego dla LEAD CNC z głowicą laserową XT-50 i stacją LaserDock, używając naszego Generic Laser Kit Builder.



Starter Industrial Laser Engraving Machine Installation Video Guide

LEAD CNC jest dostarczany z instrukcją wideo krok po kroku, pokazaną powyżej, szczegółowo opisującą jak zainstalować laserową głowicę grawerującą, aby przekształcić ją w przemysłową grawerkę laserową. Tymczasem, grawerka CNC Masters może być łatwo podłączona do urządzeń Opt Lasers, które potrzebują jedynie sygnału 0-24V PWM/TTL (lub sygnału analogowego) oraz połączenia z masą, jak pokazano na poniższym schemacie.


Wiring Diagram for CNC Masters' CNC Machines Based Industrial Laser Engraving Machines

7. Wyższość technologii nad marką


Być może natknąłeś się na kilka zakładów przemysłowych wyposażonych w rzędy takich samych grawerek laserowych, ponieważ kupując przemysłową grawerkę laserową na rynku, nabywca bierze pod uwagę tylko wartość marki i nazwę.

Jeżeli dana marka może dostarczyć idealną grawerkę laserową do danego zadania, to przywiązanie do niej daje wiele korzyści. Jednak wydajność urządzenia musi mieć pierwszeństwo przed nazwą marki.

Często nowsze i mniejsze firmy zapewniają większą innowacyjność, ponieważ wchodzą na nowy rynek i muszą przetrwać konkurencję. Dlatego przed zakupem należy sprawdzić, co jeszcze jest dostępne w ofercie marek o niskim profilu i jaka jest efektywność tych maszyn pod względem wydajności i zużycia energii.



Słowa końcowe


Typ przemysłowej grawerki laserowej, który wybierzesz, będzie miał znaczący wpływ na wyniki Twojej firmy na tle konkurencji. Chociaż nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania dla różnych potrzeb biznesowych, należy wziąć pod uwagę kilka czynników, aby wybrać odpowiednią przemysłową grawerkę laserową dla swoich wymagań.

Należy również upewnić się, że krytyczne części przemysłowej grawerki laserowej (na przykład obudowa głowicy laserowej) nie są wykonane z tworzywa sztucznego. Dzieje się tak dlatego, że jeżeli grawerka laserowa do tworzyw sztucznych zderzy się z czymś, plastikowe części są podatne na pęknięcia, złamania lub wygięcia. W takiej sytuacji użytkownik nie ma kontroli nad tym, gdzie trafia bezpośrednie lub rozproszone promieniowanie laserowe, co prowadzi do śmiertelnego zagrożenia bezpieczeństwa.


Informacje o autorze tego artykułu:


Peter Jacobs - Senior Director of Marketing at CNC Masters

Peter Jacobs

Peter Jacobs jest starszym dyrektorem ds. marketingu w firmie CNC Masters. Jest aktywnie zaangażowany w procesy produkcyjne i regularnie publikuje swoje spostrzeżenia na różnych blogach poświęconych obróbce CNC, drukowi 3D, szybkiemu wytwarzaniu narzędzi, formowaniu wtryskowemu, odlewaniu metali i ogólnie pojętej produkcji.