Čo je laserové obrábanie akrylového plechu

Pokiaľ ide o rezanie akrylových plechov, CO2 lasery sa vo všeobecnosti považujú za výkonné a nákladovo{1}}efektívne riešenie za predpokladu, že sa používajú na príslušné aplikácie. Pre úlohy zahŕňajúce malé, zložité diely, ktoré si vyžadujú čisté, ostré vnútorné rohy, alebo pre diely prakticky akejkoľvek veľkosti, ktoré vyžadujú tolerancie rezu užšie ako 0,005 palca na stopu, je laser často tým najlepším nástrojom pre danú prácu. Jedným z hlavných dôvodov je, že rezanie laserom vytvára veľmi úzky zárez, zvyčajne medzi 0,010 a 0,020 palca. Okrem toho ponúka obrovskú flexibilitu, pokiaľ ide o tvar a veľkosť, a čo je možno najdôležitejšie, zanecháva leštený okraj bez prachu-. Vzhľadom na tieto faktory je to najlepšia voľba pre mnoho{10}}kvalitných aplikácií.

Equipment Overview

CO2 lasery v podstate fungujú tak, že vyžarujú lúč paralelného svetla. Toto svetlo má špecifickú vlnovú dĺžku 10,6 mikrónov. Stojí za zmienku, že túto konkrétnu vlnovú dĺžku veľmi dobre absorbujú ne-kovové materiály. Keď sa tento lúč svetla alebo energie zaostrí cez šošovku na veľmi malý bod, v podstate odparí materiál, ktorý mu leží v ceste.

Pokiaľ ide o konfiguráciu stroja, zaostrený laserový lúč možno udržiavať stacionárne nad X-Y polohovacím stolom. Alternatívne môže byť umiestnený nad stacionárnym povrchom pomocou toho, čo je v priemysle známe ako konfigurácia "lietajúcej hlavy". Na vysvetlenie nastavenia lietajúcej hlavy jednoducho: samotný laserový lúč sa pohybuje nad obrobkom pozdĺž jednej alebo dvoch osí prostredníctvom systému zrkadiel a mechanického polohovacieho zariadenia. Ovládače, počítače a softvér používané na riadenie polohovania lasera a práce sú v skutočnosti veľmi podobné hardvéru a softvéru, ktorý sa nachádza v iných CNC obrábacích zariadeniach. V dôsledku toho nie je návrh a obsluha laserového rezača skutočne o nič zložitejšia ako práca s akýmkoľvek iným štandardným CNC strojom.

Keď sa nastavujete na rezanie akrylu laserom, existujú tri hlavné premenné, s ktorými sa musíte zaoberať. Každá z nich ovplyvní kvalitu rezu a výslednú úroveň napätia v materiáli. Tieto premenné sú:

Sila lasera.
Rýchlosť posuvu.
Pulzová frekvencia.

Všetky tieto nastavenia je možné prispôsobiť rôznym typom materiálov, rôznym hrúbkam a požadovanej povrchovej úprave hrany. Na rezanie akrylových plechov je možné použiť laserovú jednotku s výkonom len 40 wattov pre hrúbky do približne ¼ palca. Ak však chcete dosiahnuť dobrú kvalitu hrán s menším laserom, ako je tento, musíte v podstate spomaliť rýchlosť posuvu na približne 20 palcov za minútu.

Na druhej strane, pre hrubšie listy alebo ak potrebujete rýchlejšie posuvy, je potrebný väčší laserový systém. Napríklad 180-wattový laser vo všeobecnosti poskytne rýchle a ekonomické rezanie pre väčšinu hrúbok akrylového plechu pri prevádzke s výkonom len asi 75 %. Stroje s ešte vyšším príkonom, v rozsahu 500 až 1000 wattov, umožňujú oveľa vyššie rýchlosti posuvu a tiež umožňujú použitie viacerých rezacích hláv súčasne.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

Vo všeobecnosti sa pozoruje, že zvýšenie výkonu lasera pri špecifickej rýchlosti posuvu bude mať za následok lesklejší povrch. Nevýhodou však je, že to tiež zvyšuje úroveň napätia na okraji plechu. Naopak, použitie rýchlejšej rýchlosti posuvu v kombinácii s rýchlejšou pulzovou rýchlosťou zvyčajne vytvorí hranu s nižším namáhaním, hoci povrch bude menej lesklý.

Čo sa týka pulzovej frekvencie (ktorá sa meria v pulzoch za sekundu alebo pps), je to jednoducho rýchlosť, akou laser „vystreľuje“. Je dôležité pochopiť, že laserový lúč je v skutočnosti séria malých impulzov alebo impulzov, a nie jeden súvislý prúd. Pulzovú frekvenciu môžete ovládať dvoma hlavnými spôsobmi: proporcionálne k času alebo proporcionálne k prejdenej vzdialenosti.

Zatiaľ čo metóda, pri ktorej je frekvencia pulzu úmerná času, je bežnejšia a ľahšie sa naprogramuje na začiatku, táto metóda často vedie k prepáleniu vnútorných rohov. Dôvodom je, že ovládaču X-Y trvá navigácia v zákrute prirodzene dlhšie ako prechod po priamke. Výsledkom je, že rohy-najmä tie vnútorné-majú tendenciu absorbovať príliš veľa energie, čo spôsobuje, že sa topia a sú nadmerne{5}}namáhané. Toto je kritický bod, ktorý treba zvážiť pri rezaní-materiálov citlivých na zárezy, ako sú akryl a polykarbonát. Vnútorné rohy sú zvyčajne slabé miesta, ktoré znášajú vysoké zaťaženie. Preto by sa malo urobiť všetko pre to, aby sa minimalizovalo napätie alebo zárezy v týchto zónach.

Prispôsobenie pulzovej frekvencie prejdenej vzdialenosti eliminuje veľkú časť tohto problému. Keďže regulátor automaticky spomalí rýchlosť posuvu v rohoch, spomalí sa aj frekvencia impulzov. To zaisťuje, že množstvo energie emitovanej v akomkoľvek danom bode pozdĺž rezu zostane konštantné.

Nezáleží na tom, aký sofistikovaný je váš ovládač alebo ako rýchly je váš posuv; okrajové napätie je niečo, čo bude vždy potrebné zvážiť v určitých aplikáciách. Kedykoľvek sa doska z akrylu alebo polykarbonátu zahrieva, existuje potenciál pre tepelné namáhanie. Tento problém je najvýznamnejší, keď sa zahrieva len časť plechu, čo sa presne deje počas rezania laserom.

Rozhranie medzi -nezahrievaným telom plechu a rýchlo zahriatym, rýchlo ochladeným okrajom je veľmi náchylné na popraskanie. Tieto vysoko namáhané oblasti môžu siahať približne 0,010 až 0,050 palca do listu, v závislosti od hrúbky. Tieto oblasti sú veľmi náchylné na popraskanie, ak prídu do kontaktu s nekompatibilnými rozpúšťadlami alebo sú vystavené vysokému mechanickému namáhaniu, ako je napríklad ohyb.

Tento problém namáhania okrajov môžete minimalizovať úpravou rýchlosti posuvu, frekvencie impulzov a výkonu. Použitie nižšieho výkonu a pomalšej frekvencie pulzov v kombinácii s relatívne vysokou rýchlosťou posuvu znižuje celkové množstvo energie alebo tepla absorbovaného listom. To zase znižuje veľkosť napätia a vzdialenosť, ktorou sa napätie šíri do plechu. Treba však akceptovať, že tieto podmienky budú mať za následok menej lesklý povrch hrán. v niektorých špecifických prípadoch môže byť skutočne praktické namáhané oblasti úplne zoškrabať alebo strojom odstrániť.

Väčšina-laserových systémov s vysokým výkonom je vybavená podtlakovým{1}}stolom a pomocným prúdom plynu. Konečnú kvalitu rezu môže ovplyvniť niekoľko faktorov: typ použitého plynu, prietok tohto plynu a účinnosť vákuového stola pri odsávaní pár. Dobrý prietok plynu cez rez v kombinácii s účinným podtlakom pomáha odstraňovať výpary, ktoré by inak mohli poškodiť obrobok, spôsobiť malé vzplanutie-a zuhoľnatenie alebo zanechať nežiaduce zvyšky.

Laser Cuttable Masking

Výkon maskovania je ďalším dôležitým faktorom pri výbere akrylovej fólie pre vašu špecifickú aplikáciu. Ak maskovanie nedrží správne, časti sa môžu počas výrobného procesu poškodiť alebo poškriabať a účinnosť samotného procesu môže byť negatívne ovplyvnená. Naopak, ak je maskovanie príliš ťažké odstrániť, vedie to k ďalšej práci a vyšším nákladom. Výber správneho maskovania pre výrobný proces je kľúčom k minimalizácii týchto problémov.

Tradične bolo papierové maskovanie štandardnou voľbou pre laserové rezanie. Výhodou je, že sa na okrajoch rezu nespojí s akrylom. Jeho silná a konzistentná priľnavosť zabraňuje nadvihnutiu masky počas manipulácie a rezania, čo chráni akrylový povrch pred horúcimi korozívnymi plynmi generovanými laserom. Polyetylénové maskovanie-rezateľné laserom je však teraz dostupné aj na akrylovej fólii.

Pre scenáre vyžadujúce maximálnu účinnosť a výkon možno použiť špeciálne formulované ľahké-lepiace polyetylénové maskovanie. Tento typ maskovania sa z hotového dielu veľmi ľahko odstraňuje, no stále ponúka dostatočnú priľnavosť, aby vydržal bežné zaobchádzanie. Aj keď je to zriedka závažný problém, tento typ maskovania sa môže zdvihnúť v oblastiach, kde je laser príliš dlho nečinný, kvôli jeho ľahšiemu zloženiu lepidla. To sa zvyčajne stáva na začiatku rezu alebo počas rezov s veľmi malým polomerom. Tomuto zdvíhaniu môžete ľahko zabrániť použitím „nábehu“ na začiatku rezu a znížením pulzovej frekvencie alebo výkonu pri prechádzaní úzkymi zákrutami.

Ak potrebujete nedotknutú, leštenú hranu, k dispozícii je špeciálne formulovaná nepriľnavá polyetylénová maska -. Keďže všetky masky na báze lepidla- zanechávajú na hrane rezu aspoň nejaké zvyšky, môžu mierne zmenšiť lesklý vzhľad. Preto sa pri aplikáciách, ktoré vyžadujú vzhľad najvyššej kvality, odporúča -priľnavé „laserom rezateľné“ maskovanie. Aj keď môže byť toto maskovanie o niečo ťažšie odstrániť ako lepidlo, poskytuje o niečo vyššiu kvalitu okraja a je odolnejšie voči zdvihnutiu okraja. Ak dôjde k zdvíhaniu, môžete podniknúť kroky podobné tým, ktoré sú popísané vyššie.

Ďalším bodom, ktorý je potrebné zvážiť pri maskovaní, sú vrásky. Aby sa zachovala pôvodná optika listu, maskovanie-najmä na hornom povrchu-musí byť bez záhybov. Ak maskovanie nie je v priamom kontakte s plechom v mieste rezu, horúce plyny sa môžu zachytiť medzi maskovaním a plechom, čo rozleptá povrch. Leptanie je zvyčajne menší problém na spodnej strane listu, pretože väčšina stolov X{5}}Y používa systém vákuového zadržania-dola, ktorý efektívne odvádza horúce plyny skôr, ako môžu spôsobiť poškodenie.

Rovnako ako každý sofistikovaný stroj, aj laserové rezačky vyžadujú pravidelnú údržbu, aby sa zabezpečil optimálny výkon. Je dobrou praxou viesť záznamy o nastavení výkonu potrebného na rezanie určitej hrúbky materiálu pri určitej rýchlosti. Po čase pravdepodobne zistíte, že je potrebné zvýšiť nastavenie výkonu alebo znížiť rýchlosť rezania. Zvyčajne je to spôsobené znečistením alebo rozostrením laserovej optiky. Ako sa to stane, kvalita rezu sa zníži. Pravidelná údržba vykonávaná kvalifikovaným technikom je nevyhnutná pre udržanie účinnosti a kvality rezania.

Hoci sú lasery nepochybne vysokovýkonné a sofistikované nástroje, nemusia byť nevyhnutne nebezpečnejšie ako akékoľvek iné vybavenie obchodu, ak sú správne nainštalované a prevádzkované. Na ochranu zraku zvyčajne postačujú štandardné ochranné okuliare. Je však dôležité poznamenať, že nie všetky štandardné ochranné okuliare sú nepriehľadné pre vlnovú dĺžku svetla 10,6 mikrónov (čo znamená optickú hustotu 5 pri 10 600 nanometroch), ktorá je pre tieto lasery bežná.

Podľa normy ANSI Z136.1 musia byť ochranné okuliare jasne označené vlnovou dĺžkou a ochranným faktorom optickej hustoty.

Okrem toho je absolútne nevyhnutný odsávací systém na odstránenie potenciálne škodlivých výparov vznikajúcich pri rezaní. V závislosti od konkrétneho spracovávaného materiálu môže byť dokonca potrebné filtrovať tieto výpary predtým, ako ich vypustia do vonkajšieho prostredia. Ako je to v prípade akéhokoľvek zariadenia, pred použitím laserového rezacieho systému je povinná znalosť prevádzkových a bezpečnostných postupov.

Emissions

Rôzni výskumníci vykonali množstvo vedeckých výskumov, ktoré sa pokúšali určiť presné množstvo a typ emisií, ktoré sú výsledkom laserového rezania akrylu. Napriek všetkému tomuto úsiliu je stále nemožné s úplnou istotou predpovedať presné vedľajšie-produkty a ich koncentrácie v emisných plynoch.

Tieto emisie závisia od rôznych faktorov, vrátane parametrov lasera, parametrov spracovania, použitých krycích plynov, spôsobu výfuku a presného chemického zloženia akrylového polyméru. Väčšina týchto štúdií navyše nezohľadňuje účinky ochranného papiera alebo polyetylénového maskovania, ani nezohľadňuje možný vplyv akýchkoľvek náterov.

Keď je akryl rezaný laserom, väčšina rozloženého materiálu sa premení späť na jeho základné monoméry. vo väčšine akrylových fólií tieto monoméry pozostávajú z viac ako 90 % metylmetakrylátu, pričom zvyšok je metakrylát. Je tiež bežné, že mnohí dodávatelia používajú vo svojich akrylových prípravkoch etylakrylát.

(Treba poznamenať, že etylakrylát je zahrnutý v Národnom programe toxicity vo svojom zozname látok, o ktorých sa dá predpokladať, že sú karcinogény. Podobne Medzinárodná agentúra pre výskum rakoviny uvádza etylakrylát ako pravdepodobný karcinogén.)

Počas nezávislého vedeckého výskumu, ktorý uskutočnili Heferkamp, Goede, Engel a Wittbecker, zistili, že medzi testovanými plastmi akrylát skutočne viedol k najnižšej generácii aerosólov (<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

Iní výskumníci, konkrétne Troughton, Sims, Ellwood a Taylor, zistili, že okrem metylmetakrylátového monoméru existovali malé množstvá toluénu, metyl-2-metyl-3-pentenoátu, xylénu, trimetylbenzénu a alkánov. Zaujímavé je, že nenašli žiadne PAH (polycyklické aromatické uhľovodíky), čo bolo v rozpore s predchádzajúcimi zisteniami Balla, Kulika a Tana.

Odporúča sa nainštalovať primerané vetracie zariadenie, aby sa zabezpečilo, že vystavenie zamestnancov zostane pod regulovanými úrovňami. Okrem toho by ste mali vziať do úvahy environmentálne predpisy, ak výfukové plyny vypúšťate vonku. Výrobcovia zariadení na rezanie laserom sú zvyčajne schopní poskytnúť návod, ako správne zbierať a manipulovať s laserovými emisiami.