Лазерная резка дерева — принцип работы, оборудование и особенности

• Специфика обработки дерева лазером
• Особенности выбора станка для лазерной резки дерева
•    Диодный лазер
•    CO2 лазеры
•    Полупроводниковые диодные лазеры
• Векторный раскрой дерева лазером
• Технология окрашивания гравировки по дереву
• Как очистить дерево с лазерной гравировкой?

Лазерная резка - это технология, используемая для выполнения точных разрезов на различных материалах. Лазерное оборудование режет, маркирует и гравирует такие материалы, как: дерево, акрил и металл, испуская концентрированный луч света через подвижную головку. Так как лазер прожигает материал, на нем не появляются сколы и зазубрины, края получаются ровными.

Этот процесс субтрактивной обработки отлично подходит для вырезания как простых, так и сложных рисунков на плоских листах материала. Некоторые лазерные резаки могут резать древесину толщиной до 20 мм, большинство станков работают с материалами толщиной от 0,5 до 12 мм.

В данной статье мы сосредоточимся на резке древесины лазерными резаками, но если вы хотите работать с древесиной толщиной более 20 мм, лучше всего рассмотреть возможность использования фрезерного станка с ЧПУ, так как лазеру потребуется несколько проходов для резки толстых материалов, и он не даст чистого среза. Фрезер с ЧПУ  может легко справиться с более толстыми материалами и также способен резать древесину, но при этом он будет иметь большую ширину пропила.

При резке древесины лазером есть два основных варианта: CO2 и диодные лазеры. Мы подробнее рассмотрим оба типа лазеров, включая то, что они могут резать и как работают. 

Специфика обработки дерева лазером

Обрабатывать дерево сложно, так как это неоднородный и живой материал, состоящий из отдельных волокон. У древесины каждого сорта есть свои особенности и характеристики. Раньше процент брака и отходов был большим, каждое изделие выходило разным, так как сделать их точно одного размера с одинаковыми элементами было практически невозможно.

Благодаря применению лазерных станков стало возможно вывести резку дерева на качественно новый уровень.

Несмотря на то, что дерево является горючим материалом, его очень легко резать лазерным станком. Распространено мнение, что лазерные резаки режут материалы путем прожигания, но вместо этого они используют интенсивное тепло лазерного луча для испарения материала (тем самым удаляя его). Можно контролировать глубину реза, вырезая нужные контуры.

Очень важно использовать правильную технологию резки, чтобы обеспечить ровный и чистый срез. В случае с деревом предпочтение обычно отдается CO2-лазерам, поскольку инфракрасный луч, генерируемый им, легко поглощается деревом.

Рис. 1. Процесс лазерной резки дерева

Особенности выбора станка для лазерной резки дерева

Выбрать подходящий лазер можно определив задачи вашего производства. Лучше приобрести диодный лазер, если вы работаете только над небольшими проектами, связанными с маркировкой или резкой тонких и мягких материалов. Для чего-то большего вам понадобятся CO2-лазеры, поскольку они обладают более широким спектром возможностей обработки.

Есть несколько важных факторов, которые следует учитывать при выборе лазерного резака по дереву, включая мощность и породу дерева, с которой вы хотите работать.

Скорость и производительность зависят не только от станка, но и от качества исходного материала. Для качественного результата необходимо выбирать максимально однородное дерево без сучков и дефектов.

Диодный лазер

Диодные лазеры доступны в красном, синем и зеленом цветах и являются более слабыми по сравнению с CO2-лазерами. При работе с деревом они используются для травления и маркировки, так как их мощность ограничена. Некоторые лазеры способны резать дерево, но они обычно ограничены резкой тонких и мягких пород.

Из трех цветов, красные диодные лазеры самые слабые, но они все равно могут привести к потере зрения. Зеленые лазерные диоды немного сильнее и могут ослепить вас инфракрасным светом. Синие лазеры еще мощнее и считаются опасными для человеческого глаза на расстоянии более 200 метров!

Каждый цветной диодный лазер работает на определенной длине волны, которую вам нужно знать, чтобы подобрать подходящие цветные защитные очки.

Резка фигур

Резка панно

Резка объемных фигур

 

Рис. 2. Деревянные изделия вырезанные лазером 

CO2 лазеры 

Лазерные Co2 станки бывают разных размеров и мощности. Когда речь идет о работе с деревом, эти станки способны наносить маркировку, гравировать и резать максимально качественно. 

Еще один момент, который следует учитывать, - это то, над какими проектами с помощью лазерного резака вы хотите работать. Если вы планируете в основном выжигать на дереве фотографии или изображения, то лучше остановиться на недорогом диодном лазере. Если же вы хотите маркировать, гравировать и резать древесину, то лучше подумать о приобретении лазерного резака CO2.

Аппараты отличаются по мощности, но все они несут в себе потенциальную опасность. Всегда помните, что лазеры могут ослепить или обжечь, поэтому при необходимости используйте соответствующие средства индивидуальной защиты.

CO2-лазеры - это мощные лазеры, которые могут обжечь кожу и сетчатку глаза при прямом или отраженном воздействии. Эти лазеры используют инфракрасный свет, который невидим невооруженным глазом, чтобы сделать надрезы. Защитные очки для такого лазера почти всегда прозрачные, в отличие от красных, синих и зеленых защитных очков для диодных лазеров.Опасны не только сами лазеры, но и резка некоторых материалов может привести к выделению токсичных паров. Какой бы лазерный резак вы ни решили приобрести, не забудьте предварительно ознакомиться с правилами по технике безопасности. Информацию можно легко найти в Интернете, включая данное руководство по лазерной безопасности.

Полупроводниковые диодные лазеры

Эти маленькие устройства отлично подходят для небольших проектов. Обычно это означает резку бумаги и картона, но может также включать разметку и резку некоторых пород дерева. Полупроводниковые лазерные резаки могут выжигать изображения как на мягких, так и на твердых породах дерева.

Они также могут прорезать некоторые породы дерева за несколько проходов, если материал достаточно мягкий и тонкий.

Для изготовления небольших деталей подойдут настольные лазеры. Практически универсальны среднеформатные. Широкоформатные используются в мебельном, судостроительном производстве и промышленности.

Мощность

Мощность полупроводниковых диодных лазеров варьируется от 1 до 10 Вт. Это небольшая мощность по сравнению с другими лазерами, и поэтому они используются в основном для гравировки и маркировки.В зависимости от древесины, средняя мощность лазера определяет, какую толщину древесины он может разрезать:

• ~1 Вт может в основном резать древесину толщиной менее 2,5 мм с несколькими проходами;
• ~3 Вт может резать древесину толщиной 2-3 мм с несколькими проходами;
• ~6 Вт может резать 2-3 мм древесину за один проход или 4-5 мм за несколько проходов;
• ~8 Вт может резать 4-5 мм древесину за один проход или более толстую древесину за несколько проходов;
• ~10 Вт может резать 5 мм за один проход или до 10 мм при использовании двухлучевой лазерной насадки и нескольких проходов.

Материал

Поскольку эти станки не очень прочные, лучше всего использовать тонкие, низкоплотные породы дерева, если вы хотите иметь возможность их резать. Тополь и бальза имеют очень низкую плотность и легко режутся при толщине 5-10 мм. Немного более плотные породы дерева, такие как ольха, осина и басвуд, имеют хорошую отделку и могут быть разрезаны толщиной от 1,5 до 5 мм. Для резки фанеры лучше использовать высокомощные CO2 лазеры.

Векторный раскрой дерева лазером

Имея всего лишь одну схему, лазерные резаки могут создать несколько вариантов с небольшими изменениями в программном обеспечении. Начнем с базового рисунка, созданного в графическом редакторе Adobe Illustrator в виде векторного файла и сохраненного в формате PDF.

Рис. 3. Векторный раскрой дерева лазером

Базовый векторный разрез

Здесь показан простой векторный разрез шаблона в программе, красные линии указывают лазеру, что резать. Все красные линии будут прорезаны через материал, создавая пустое пространство в конечном проекте.

Рис. 4. Простой векторный разрез шаблона лазерным станком

Векторная разметка

Можно очертить (в отличие от заливки) части детали для второго варианта дизайна. Необходимо инструктировать лазер, используя свойства вектора в этом дизайне, синие линии не будут прорезаны на нашем материале, а вместо этого будут помечены.

Рис. 5. Векторная разметка для лазера 

Векторная резка с растровой заливкой

Также можно совместить векторную резку с гравировкой. В этом случае лазер растрирует черную заливку и вырезает красную линию.

Рис. 6. Векторная резка с растровой заливкой

Советы по векторной резке

Теперь, когда вы поняли основы, давайте рассмотрим некоторые способы избежать распространенных ошибок.

Рис. 7. Ошибки при резке лазером 

Настройка толщины штриха

Диаметр лазерного пятна составляет около 0,005″. Чтобы избежать двойного прохода лазера или разрезания двух линий, необходимо установить толщину векторной линии на наименьший "штрих" (в Illustrator это называется "линия волос").

Порядок операций

Если вы сочетаете векторную и растровую технику в одной работе, тщательно продумайте порядок операций. Если вы вырежьте форму в векторе до того, как заполните рисунок, ваша деталь может соскользнуть с материала, сместив все, что последует за ней. Установите, что растровая гравировка должна быть первой, а векторная резка - последней.

Технология окрашивания гравировки по дереву

Гравировка окрашенной древесины может быть проблематичной, особенно для новичков, если краска на масляной основе и не успела просохнуть.

Поэтому ответ на вопрос, можно ли гравировать лазером по окрашенной древесине, - да, при условии, что вы используете краски на водной основе или полностью просушиваете краску на основе масла, чтобы испарился легковоспламеняющийся пигмент.

После высыхания краски на масляной основе в спиртовых пятнах обычно остается очень мало легковоспламеняющихся пигментов, которые не окажут никакого влияния на процесс гравировки.

Нужно ли окрашивать древесину перед лазерной гравировкой?

Это полностью зависит от общего желаемого вида изделия. Если вы хотите закрасить лазерную гравировку, то лучше всего окрасить дерево перед гравировкой.

Если вы хотите, чтобы ваша лазерная гравировка выглядела эффектно, мы рекомендуем дождаться окончания лазерной обработки перед нанесением краски.

Разные породы дерева по-разному реагируют на лазерную резку, независимо от типа используемой краски.

Как очистить дерево с лазерной гравировкой?

Дерево — универсальный материал, идеально подходящий для проектов лазерной гравировки и резки. Но один недостаток использования дерева - это отходы, которые остаются после процесса лазерной резки/гравировки и могут оставлять некрасивые следы. 

Возникает вопрос, как очистить древесину, вырезанную или выгравированную лазером? 

• использование ручного мыла;
• легкая шлифовка;
• использование белого уксуса;
• маркировочная лента на выгравированной области;
• защита древесины.

Лазерная резка может привести к загрязнению древесины остатками смолы. Если древесина обработана лаком или полиуретановым составом, ее можно легко очистить влажной губкой. При очистке массивной древесины без защитного слоя может использоваться пескоструйная обработка.