Co to jest obróbka laserowa arkusza akrylowego

Jeśli chodzi o cięcie arkuszy akrylowych, lasery CO2 są ogólnie uważane za wydajne i-ekonomiczne rozwiązanie, pod warunkiem, że są używane do odpowiednich zastosowań. W przypadku zadań obejmujących małe, złożone części, które wymagają czystych, ostrych narożników wewnętrznych, lub części o praktycznie dowolnym rozmiarze, które wymagają tolerancji cięcia mniejszych niż 0,005 cala na stopę, laser jest często najlepszym narzędziem do tego zadania. Jednym z głównych powodów jest to, że cięcie laserowe powoduje bardzo wąskie nacięcie, zwykle pomiędzy 0,010 a 0,020 cala. Co więcej, zapewnia ogromną elastyczność pod względem kształtu i rozmiaru, a co najważniejsze, pozostawia wypolerowaną,-wolną od kurzu krawędź. Ze względu na te czynniki jest to najlepszy wybór w przypadku wielu-wysokiej jakości aplikacji.

Equipment Overview

Zasadniczo lasery CO2 działają poprzez emisję równoległej wiązki światła. Światło to ma określoną długość fali wynoszącą 10,6 mikrona. Warto zauważyć, że ta konkretna długość fali jest bardzo dobrze absorbowana przez materiały niemetalowe. Kiedy wiązka światła, czyli energii, zostaje skupiona przez soczewkę do bardzo małego punktu, zasadniczo odparowuje materiał znajdujący się na jej drodze.

Jeśli chodzi o konfigurację maszyny, skupiona wiązka lasera może być utrzymywana nieruchomo nad stołem pozycjonującym X-Y. Alternatywnie można go umieścić nad nieruchomą powierzchnią, stosując tak zwaną w branży konfigurację „latającej głowy”. Aby w prosty sposób wyjaśnić konfigurację głowicy latającej: sama wiązka lasera przemieszcza się nad obrabianym przedmiotem wzdłuż jednej lub dwóch osi poprzez system luster i mechanicznego urządzenia pozycjonującego. Kontrolery, komputery PC i oprogramowanie używane do zarządzania pozycjonowaniem lasera i pracy są w rzeczywistości bardzo podobne do sprzętu i oprogramowania znajdującego się w innych urządzeniach do obróbki CNC. W rezultacie projektowanie i obsługa wycinarki laserowej nie jest tak naprawdę trudniejsza niż praca z jakąkolwiek inną standardową maszyną CNC.

Przygotowując się do cięcia akrylu za pomocą lasera, należy wziąć pod uwagę trzy podstawowe zmienne. Każdy z nich będzie miał wpływ zarówno na jakość cięcia, jak i wynikający z tego poziom naprężeń w materiale. Te zmienne to:

Moc lasera.
Szybkość podawania.
Tętno.

Wszystkie te ustawienia można dostosować w celu dostosowania do różnych rodzajów materiałów, różnych grubości i pożądanego wykończenia krawędzi. Do cięcia arkuszy akrylowych można zastosować laser o mocy zaledwie 40 W i grubości do około ¼ cala. Jeśli jednak chcesz osiągnąć dobrą jakość krawędzi przy użyciu mniejszego lasera, musisz zasadniczo zmniejszyć prędkość posuwu do około 20 cali na minutę.

Z drugiej strony, w przypadku grubszych arkuszy lub jeśli potrzebujesz większych prędkości posuwu, wymagany jest większy system laserowy. Na przykład laser o mocy 180 W zazwyczaj zapewnia szybkie i ekonomiczne cięcie większości grubości arkusza akrylu, pracując z mocą zaledwie około 75%. Maszyny o jeszcze większej mocy, w przedziale od 500 do 1000 W, pozwalają na znacznie większe posuwy, a także pozwalają na zastosowanie wielu głowic tnących jednocześnie.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

Ogólnie obserwuje się, że zwiększenie mocy lasera przy określonej szybkości posuwu spowoduje uzyskanie bardziej błyszczącego wykończenia. Jednak wadą jest to, że zwiększa to również poziom naprężeń w obrębie krawędzi arkusza. I odwrotnie, zastosowanie większej szybkości posuwu w połączeniu z większą częstotliwością impulsów zazwyczaj daje krawędź o niższym naprężeniu, chociaż powierzchnia będzie mniej błyszcząca.

Jeśli chodzi o częstotliwość impulsów (mierzoną w impulsach na sekundę, czyli pps), jest to po prostu częstotliwość, z jaką laser „odpala”. Ważne jest, aby zrozumieć, że wiązka lasera to w rzeczywistości seria małych impulsów, a nie jeden ciągły strumień. Tętno można kontrolować na dwa główne sposoby: proporcjonalnie do czasu lub proporcjonalnie do przebytej odległości.

O ile metoda proporcjonalności tętna do czasu jest bardziej powszechna i łatwiejsza do zaprogramowania na początku, to metoda ta często prowadzi do wypalenia narożników wewnętrznych. Dzieje się tak dlatego, że kontrolerowi X-Y naturalnie pokonywanie zakrętu zajmuje więcej czasu niż po linii prostej. W efekcie narożniki,-zwłaszcza te wewnętrzne-pochłaniają zbyt dużo energii, co powoduje ich topienie i nadmierne-naprężenia. Jest to kluczowy punkt, który należy wziąć pod uwagę podczas cięcia-materiałów wrażliwych na karby, takich jak akryl i poliwęglan. Narożniki wewnętrzne to zazwyczaj słabe obszary, które wytrzymują duże obciążenia. Dlatego należy zrobić wszystko, co możliwe, aby zminimalizować naprężenia lub karby w tych strefach.

Dostosowanie częstości tętna do przebytej odległości eliminuje dużą część tego problemu. Ponieważ sterownik automatycznie spowalnia posuw w narożnikach, zmniejsza się również częstotliwość impulsów. Dzięki temu ilość energii emitowanej w dowolnym punkcie cięcia pozostaje stała.

Nie ma znaczenia, jak zaawansowany jest Twój sterownik i jak szybki jest posuw; Naprężenie krawędziowe jest czymś, co zawsze należy brać pod uwagę w niektórych zastosowaniach. Za każdym razem, gdy podgrzewana jest płyta akrylowa lub poliwęglanowa, istnieje ryzyko wystąpienia stresu cieplnego. Problem ten jest najbardziej znaczący, gdy nagrzewa się tylko część arkusza, co dokładnie ma miejsce podczas cięcia laserowego.

Połączenie pomiędzy nieogrzewanym korpusem arkusza a szybko nagrzewaną i szybko chłodzoną krawędzią jest bardzo podatne na pękanie. Te silnie obciążone obszary mogą sięgać w głąb arkusza na głębokość około 0,010 do 0,050 cala, w zależności od grubości. Obszary te są bardzo podatne na pękanie w przypadku kontaktu z niekompatybilnymi rozpuszczalnikami lub poddawania dużym naprężeniom mechanicznym, takim jak zginanie.

Można zminimalizować ten problem naprężenia krawędzi, dostosowując prędkość posuwu, częstość impulsów i moc. Stosowanie mniejszej mocy i wolniejszej częstotliwości impulsów, w połączeniu ze stosunkowo dużą szybkością podawania, zmniejsza całkowitą ilość energii lub ciepła pochłoniętego przez arkusz. To z kolei zmniejsza zarówno wielkość naprężenia, jak i odległość, na jaką naprężenie rozprzestrzenia się w arkuszu. Należy jednak zaakceptować fakt, że te warunki spowodują mniej błyszczące wykończenie krawędzi. w niektórych szczególnych przypadkach praktyczne może być całkowite zeskrobanie lub obrobienie mechanicznych obszarów obciążonych.

Większość systemów laserowych-o dużej mocy jest wyposażona w stół dociskowy-podciśnieniowy i strumień wspomagany gazem. Na ostateczną jakość cięcia może mieć wpływ kilka czynników: rodzaj użytego gazu, natężenie przepływu tego gazu i wydajność stołu podciśnieniowego w usuwaniu oparów. Dobry przepływ gazu przez cięcie w połączeniu ze skuteczną próżnią pomaga usunąć opary, które w przeciwnym razie mogłyby uszkodzić obrabiany przedmiot, spowodować niewielkie-wybrzuszenia i zwęglenia lub pozostawić niepożądane pozostałości.

Laser Cuttable Masking

Wydajność maskowania jest kolejnym ważnym czynnikiem branym pod uwagę przy wyborze arkusza akrylowego do konkretnego zastosowania. Jeśli maskowanie nie przylega prawidłowo, części mogą ulec uszkodzeniu lub zarysowaniu w procesie produkcyjnym, co może mieć negatywny wpływ na wydajność samego procesu. I odwrotnie, jeśli maskowanie jest zbyt trudne do usunięcia, powoduje to dodatkową pracę i wyższe koszty. Wybór odpowiedniego maskowania dla procesu produkcyjnego jest kluczem do zminimalizowania tych problemów.

Tradycyjnie w przypadku cięcia laserowego standardowym wyborem było maskowanie papieru. Zaletą jest to, że nie łączy się z akrylem na krawędziach cięcia. Jego silna, stała przyczepność zapobiega podnoszeniu się maski podczas przenoszenia i cięcia, co chroni powierzchnię akrylową przed gorącymi, korozyjnymi gazami generowanymi przez laser. Jednakże maskowanie-z polietylenu wycinanego laserowo jest teraz dostępne również na arkuszu akrylowym.

W scenariuszach wymagających maksymalnej wydajności i wydajności można zastosować specjalnie opracowane lekkie-samoprzylepne maskowanie polietylenowe. Ten rodzaj maskowania jest bardzo łatwy do usunięcia z gotowej części, a mimo to zapewnia wystarczającą przyczepność, aby wytrzymać zwykłe manipulacje. Chociaż rzadko jest to poważny problem, ten rodzaj maskowania może unieść się w obszarach, w których laser jest zbyt długo bezczynny, ze względu na lżejszą formułę kleju. Zwykle dzieje się to na początku cięcia lub podczas cięć o bardzo małym promieniu. Można łatwo zapobiec temu podnoszeniu, stosując „wprowadzanie-” na początku cięcia oraz zmniejszając częstość tętna lub moc podczas pokonywania ostrych zakrętów.

Jeśli potrzebujesz nieskazitelnej, wypolerowanej krawędzi, dostępna jest specjalnie opracowana, nieprzylepna maska polietylenowa-. Ponieważ wszystkie maski-na bazie kleju pozostawiają przynajmniej trochę pozostałości na przyciętej krawędzi, mogą nieznacznie pogorszyć wygląd wypolerowanej powierzchni. Dlatego w przypadku zastosowań wymagających najwyższej jakości wyglądu zaleca się-nieprzylepne maskowanie „wycinane laserem”. Chociaż to maskowanie może być nieco trudniejsze do usunięcia niż samoprzylepne, zapewnia nieco wyższą jakość krawędzi i jest bardziej odporne na podnoszenie krawędzi. Jeśli jednak nastąpi podniesienie, możesz podjąć kroki podobne do opisanych powyżej.

Kolejną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę w przypadku maskowania, są zmarszczki. Aby zachować oryginalną optykę arkusza, maskowanie-szczególnie na górnej powierzchni-musi być wolne od zmarszczek. Jeżeli maskowanie nie styka się bezpośrednio z blachą w miejscu cięcia, pomiędzy maską a blachą mogą przedostać się gorące gazy, które powodują trawienie powierzchni. Trawienie na spodzie arkusza zwykle nie stanowi większego problemu, ponieważ większość stołów X-Y wykorzystuje próżniowy system dociskania-, który skutecznie odciąga gorące gazy, zanim spowodują uszkodzenia.

Jak każda skomplikowana maszyna, wycinarki laserowe wymagają regularnej konserwacji, aby zapewnić optymalną wydajność. Dobrą praktyką jest prowadzenie rejestru ustawień mocy wymaganych do cięcia materiału o określonej grubości i przy określonej prędkości. Z biegiem czasu prawdopodobnie okaże się, że należy zwiększyć ustawienie mocy lub zmniejszyć prędkość cięcia. Jest to zwykle spowodowane zabrudzeniem lub utratą ostrości optyki lasera. W takim przypadku jakość cięcia ulegnie pogorszeniu. Regularna konserwacja wykonywana przez wykwalifikowanego technika jest niezbędna do utrzymania wydajności i jakości cięcia.

Chociaż lasery to niewątpliwie{0}}wyrafinowane narzędzia o dużej mocy, niekoniecznie są bardziej niebezpieczne niż jakikolwiek inny sprzęt warsztatowy, pod warunkiem, że są prawidłowo zainstalowane i obsługiwane. Zwykle do ochrony oczu wystarczą standardowe okulary ochronne. Należy jednak pamiętać, że nie wszystkie standardowe okulary ochronne są nieprzezroczyste dla fali światła o długości 10,6 mikrona (co oznacza gęstość optyczną 5 przy 10 600 nanometrów), która jest typowa dla tych laserów.

Zgodnie z normą ANSI Z136.1 okulary ochronne muszą być wyraźnie oznakowane, podając zarówno długość fali, jak i współczynnik ochrony gęstości optycznej.

Ponadto absolutnie niezbędny jest układ wydechowy, który usuwa potencjalnie szkodliwe opary powstające podczas cięcia. W zależności od konkretnego przetwarzanego materiału może być nawet konieczne przefiltrowanie tych oparów przed wypuszczeniem ich na zewnątrz. Podobnie jak w przypadku każdego sprzętu, przed użyciem systemu cięcia laserowego obowiązkowe jest posiadanie odpowiedniej wiedzy na temat procedur obsługi i bezpieczeństwa.

Emissions

Różni badacze przeprowadzili szereg badań naukowych, próbując określić dokładną ilość i rodzaj emisji powstających w wyniku cięcia laserowego akrylu. Pomimo wszystkich tych wysiłków niemożliwe jest przewidzenie z całkowitą pewnością-produktów ubocznych i ich stężeń w gazach emisji.

Emisje te zależą od wielu czynników, w tym parametrów lasera, parametrów przetwarzania, zastosowanych gazów osłonowych, metody odsysania i dokładnego składu chemicznego polimeru akrylowego. Ponadto większość tych badań nie uwzględnia wpływu papieru ochronnego lub maskowania polietylenowego, ani nie uwzględnia możliwego wpływu jakichkolwiek powłok.

Kiedy akryl jest cięty laserem, większość rozłożonego materiału jest przekształcana z powrotem w monomery składowe. w większości arkuszy akrylowych monomery te składają się w ponad 90% z metakrylanu metylu, a pozostałą część stanowi metakrylan. Wielu dostawców często stosuje akrylan etylu w swoich preparatach akrylowych.

(Należy zauważyć, że etyloakrylan jest objęty Narodowym Programem Toksyczności na liście substancji, które mogą być uważane za rakotwórcze. Podobnie Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem wymienia akrylan etylu jako prawdopodobny czynnik rakotwórczy.)

Podczas niezależnych badań naukowych przeprowadzonych przez Heferkampa, Goede, Engela i Wittbeckera odkryli, że spośród testowanych przez nich tworzyw sztucznych akryl faktycznie powodował najniższą generację aerozolu (<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

Inni badacze, w szczególności Troughton, Sims, Ellwood i Taylor, odkryli, że oprócz monomeru metakrylanu metylu występowały niewielkie ilości toluenu, 2-metylo-3pentenianu metylu, ksylenu, trimetylu benzenu i alkanów. Co ciekawe, nie znaleźli żadnych WWA (wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych), co było sprzeczne z wcześniejszymi ustaleniami Balla, Kulik i Tana.

Zaleca się zainstalowanie odpowiedniego sprzętu wentylacyjnego, aby zapewnić, że narażenie pracowników pozostanie poniżej regulowanych poziomów. Ponadto w przypadku odprowadzania gazów na zewnątrz należy zwrócić uwagę na przepisy dotyczące ochrony środowiska. Producenci sprzętu do cięcia laserowego są zazwyczaj w stanie zapewnić wytyczne dotyczące prawidłowego zbierania emisji lasera i postępowania z nimi.