Co sprawia, że cięcie laserowe jest idealne w przypadku wyświetlaczy akrylowych?
Obszerny przewodnik po sztuce i nauce wycinania laserowego akrylu do zastosowań związanych z wyświetlaczami-wysokiej jakości
Akryl tnie jak masło pod laserem. Nie dosłownie masło-bardziej jak mrożone masło, jeśli robisz to dobrze-ale sprawa jest niezmieniona. Przez lata wyciąłem tysiące elementów ekspozycyjnych i wciąż nie znalazłem niczego, co pasowałoby do cięcia laserowego pod względem połączenia jakości krawędzi, szybkości i elastyczności projektowania, jakie zapewnia wylewany arkusz akrylowy.
Rzecz, za którą większość ludzi tęskni: nie każdy akryl jest taki sam. Odlewany akryl (-odlew komórkowy) pięknie się tnie, zapewniając-polerowaną ogniowo krawędź, której każdy pragnie. Wytłaczany akryl? Zupełnie inna historia. Wypróbowałem to raz w pośpiechu, ponieważ dostawcy zabrakło odlanego arkusza.-Krawędzie wyszły mętne, wszędzie były ślady naprężeń, musiałem dostarczyć-200 sztuk do wypolerowania. Nigdy więcej.
Odlewany a wytłaczany akryl: zasadnicza różnica
Odlew akrylowy
Wykonany poprzez wlanie ciekłego metakrylanu metylu pomiędzy płytki szklane
Powolny proces utwardzania (godziny) tworzy jednolitą strukturę molekularną
Minimalne naprężenia wewnętrzne
Cięcie czyste dzięki przezroczystym,-wypolerowanym płomieniowo krawędziom
Równomierna transmisja światła, idealna do podświetlenia
Wyższy koszt, ale doskonała jakość wyświetlaczy
Wytłaczany akryl
Przepychany przez matrycę w stanie stopionym
Szybsza produkcja, ale łańcuchy molekularne są wyrównane w kierunku wytłaczania
Zawiera naprężenia wewnętrzne powstałe w procesie produkcyjnym
Cięcia z mętnymi, szorstkimi krawędziami i widocznymi liniami naprężeń
Nierówna transmisja światła, słaba przy podświetlaniu
Niższy koszt, ale nie do przyjęcia w przypadku wyświetlaczy-wysokiej jakości
„Przetestowałem to konkretnie: kupiłem arkusze obu typów 600 x 600 mm od tego samego dostawcy, wyciąłem identyczne wzory na obu. Odlewane krawędzie: przezroczyste, gładkie, lekko wypolerowane płomieniowo. Wytłaczane krawędzie: mętne, widoczne linie naprężeń, szorstka tekstura. Obydwa cięte z identycznymi parametrami. Różnica polega na strukturze materiału, a nie na procesie cięcia.
Odlany arkusz akrylowy
Wytłaczana krawędź akrylowa
Dlaczego akryl tak dobrze reaguje na lasery CO2
Widmo absorpcji. Lasery CO2 emitują falę o długości 10,6 mikrona dokładnie w najsłodszym punkcie, w którym PMMA (polimetakrylan metylu-tak nazywa się akryl) skutecznie pochłania energię. Nie odbijasz wiązki światła tak, jak w przypadku gołego aluminium i nie przepuszczasz światła jak zwykłe szkło. Materiał nagrzewa się dokładnie w miejscu uderzenia wiązki, topi się czysto, odparowuje nadmiar. Fizyka chociaż raz działa na twoją korzyść.
Porównaj to z poliwęglanem. PC również pochłania przy 10,6 mikrona, ale jest to materiał termoutwardzalny, który zwęgla się, a nie topi. Pojawiają się brązowe spalone krawędzie, pozostałości dymu, trzeba pracować znacznie szybciej z mniejszą mocą, aby zminimalizować przebarwienia. W przypadku prac wystawowych, gdzie liczy się jakość krawędzi, nie jest to-rozpoczęcie, chyba że i tak malujesz krawędzie.
Jakość wiązki ma większe znaczenie, niż większość operatorów zdaje sobie sprawę. Wartość M²-jak blisko ideału Gaussa jest wiązka światła,-bezpośrednio wpływa na jakość cięcia. Tania rura o M² 1,8 zapewnia grubsze nacięcie i bardziej szorstkie krawędzie niż dobra uszczelniona rura o M² 1,1.
Porównanie jakości wiązki
| Jakość wiązki (M²) | Typ rury | Szerokość szczeliny | Jakość krawędzi | Koszt |
|---|---|---|---|---|
| 1,1 (idealny) | Wysokiej-jakości uszczelniona tuba | 0,25 mm | Znakomity - przejrzysty, gładki | $2200 |
| 1,8 (Słaby) | Budżetowa szklana rurka | 0,4 mm | Dopuszczalna - niewielka szorstkość | $800 |
Wskazówka dla profesjonalistów: Specjalnie to przetestowałem: ta sama maszyna, te same parametry, zamieniłem rurę. Szerokość nacięcia wzrosła z 0,4 mm do 0,25 mm, a przejrzystość krawędzi uległa zauważalnej poprawie. To tuba za 800 dolarów w porównaniu z tubą za 2200 dolarów i tak, widać różnicę.
Parametry, o których nikt Ci nie mówi
Ustawienia zasilania to dopiero początek. Wszyscy skupiają się na watach – 60 W, 80 W, 100 W, cokolwiek. Ale prawdziwa kontrola wynika z szybkości, częstotliwości i sposobu ich połączenia.
| Tworzywo | Grubość | Moc | Prędkość | Częstotliwość | Asystent powietrza |
|---|---|---|---|---|---|
| Odlew akrylowy | 3mm | 70% | 15 mm/s | 5000 Hz | 0,8 bara |
| Odlew akrylowy | 6mm | 80% | 6 mm/s | 4000 Hz | 1,0 bara |
| Odlew akrylowy | 10mm | 90% | 2 mm/s | 3000 Hz | 1,2 bara |
Częstotliwość ma znaczenie
Częstotliwość ma znaczenie, ponieważ pulsujesz wiązkę, a wyższa częstotliwość oznacza więcej impulsów na milimetr cięcia. Więcej impulsów=gładsza krawędź, ale także większa akumulacja ciepła. Za wysoko, wtapiasz się z powrotem w szczelinę.
Raz spróbowałem 20 kHz, ponieważ w jakimś poście na forum napisano, że daje to „lepsze wyniki”. Tak, lepiej, jeśli lubisz zgrzewanie stopionego akrylu za nacięciem. Spadło z powrotem do 5 kHz, problem zniknął.
Ciśnienie wspomagania powietrza
0,8 bara przez dyszę 2 mm, skierowaną nieco za ognisko. Nie w instrukcji. Doszedłem do tego metodą prób i błędów, kiedy ciągle pojawiały się wspomnienia.-To wtedy powietrze wspomagające odbija się od materiału i wydmuchuje odparowany akryl z powrotem na górną powierzchnię, pozostawiając pozostałości.
Odchyl dyszę o 15 stopni do tyłu od pionu, a nagle nie będzie już cofania się płomieni. Rozpracowanie tego zajęło mi trzy miesiące.
Przykładowa konfiguracja parametrów
Jakość krawędzi to przede wszystkim zarządzanie ciepłem
„Wypolerowana-płonąco” krawędź, o której marzy każdy, powstaje w wyniku topnienia akrylu i napięcia powierzchniowego, dzięki czemu jest on gładki podczas-ponownego krzepnięcia. Dlatego akryl lany działa, a wytłaczany nie-odlew ma jednolitą orientację molekularną, wytłaczany ma wewnętrzne naprężenia powstałe w procesie wytłaczania, które pojawiają się jako ślady naprężeń po podgrzaniu.
Pozycja punktu ogniskowego zmienia wszystko. Większość ludzi skupia się dokładnie na powierzchni materiału. Skupiam się 1 mm pod powierzchnią dla czegokolwiek o grubości powyżej 5 mm. Zapewnia nieco szersze nacięcie u góry, ale dolna krawędź jest czystsza, a tylna powierzchnia jest mniej zwęglona.
W przypadku elementów wystawowych, w przypadku których patrzysz na krawędzie, górne nacięcie nie ma znaczenia-i tak je polerujesz, jeśli tak bardzo ci zależy.
Słaba jakość krawędzi (wytłaczana)
Doskonała jakość krawędzi (odlew)
Grubość ma znaczenie nie-liniowe
Akryl 3 mm tnie z szybkością 15 mm/s, 6 mm potrzebuje 6 mm/s, 10 mm potrzebuje 2 mm/s. Nie jest to liniowe, ponieważ przewodnictwo cieplne zaczyna dominować-im grubszy materiał, tym więcej ciepła jest odprowadzane, zanim wiązka będzie mogła całkowicie odparować materiał. Skończyło się na tym, że potrzebowałeś nieproporcjonalnie więcej energii.
Miałem kiedyś projekt, bloki akrylowe 20 mm na wystawę muzealną. Nie udało się wyciąć tego w jednym przejściu.-Laser ma maksymalną długość około 12–15 mm, w zależności od maszyny. Musiałem odwrócić kawałek i wyciąć z obu stron, spotykając się na środku. Jeśli przyjrzysz się bliżej, zobaczysz linię stawu, ale pod oświetleniem wyświetlacza nikt tego nie zauważy. Wspomniałem o tym klientowi wcześniej, nie przeszkadzało im to. Lepsze to niż próbować go frezować i wszędzie umieszczać ślady narzędzi.
Ograniczenia projektowe, które nie są oczywiste
Minimalny rozmiar elementu
Minimalny rozmiar elementu to około 2x szerokość nacięcia, jeśli chcesz, aby przetrwał obsługę. Moje nacięcie 0,25 mm oznacza, że technicznie możliwe jest wykonanie 0,5 mm, ale wszystko poniżej 1 mm ma tendencję do pękania podczas czyszczenia lub montażu.
Raz wykonałem serię skomplikowanych wzorów płatków śniegu-0,6 mm połączeń między elementami – straciłem 30% z powodu pęknięcia po prostu wyjmując je z podłoża. Przeprojektowany z minimalną grubością 1,2 mm, zero awarii.
Wewnątrz narożników
Narożniki wewnętrzne mają zawsze promień równy szerokości nacięcia. Nie można uzyskać ostrych narożników pod kątem 90 stopni, ponieważ wiązka jest okrągła. Jeśli potrzebujesz kwadratowego narożnika dla złącza-i-szczelin, musisz zaprojektować szczelinę o większym rozmiarze lub ręcznie spiłować narożniki.
W przypadku prac wystawowych zwykle nie stanowi to problemu.-Większość projektów działa dobrze z narożnikami zaokrąglonymi o 0,2 mm. Ale w przypadku precyzyjnych pasowań mechanicznych ma to znaczenie.
Głębokość grawerowania
Można rastrowo-grawerować akryl w celu uzyskania szczegółów powierzchni, ale praktyczna głębokość wynosi może 0,3-0,5 mm, zanim zaczniesz otrzymywać niespójne wyniki. Rozkład mocy na wygrawerowanym obszarze nie jest idealnie równomierny – krawędzie zwykle otrzymują więcej energii niż środek.
Pojawia się jako nierówna głębokość w dużych wypełnionych obszarach. Prawdziwy przykład: zrobiono partię identyfikatorów z tłem-wypełnionym rastrowo. Środek każdej plakietki miał głębokość 0,15 mm, a krawędzie 0,3 mm. Wyglądał okropnie.
Kolejność cięcia
Jeśli robisz arkusz z dużą ilością wycięć, najpierw wytnij szczegóły wnętrza, a na koniec cięcia konstrukcyjne. W przeciwnym razie arkusz straci w połowie sztywność i zacznie się wypaczać pod wpływem ciepła, co spowoduje zaburzenie wysokości ogniskowej dla pozostałych cięć.
Przekonałem się o tym na własnej skórze, pracując z 50 małymi otworami w cienkiej płycie nośnej.-Najpierw przetnij obwód, arkusz zwinął się podczas wycinania otworów, a na końcu ostrość została przesunięta o 3 mm. Połowa otworów była nierówna. Odwrócono kolejność cięcia, problem rozwiązany.
Wskazówki projektowe dotyczące czystych krawędzi
Cięcie wektora
Cięcie wektorowe zawsze przewyższa raster w przypadku krawędzi. Tryb rastrowy służy do grawerowania powierzchni, a nie przecinania. Tryb wektorowy podąża za konturem ze stałą prędkością i mocą,-znacznie czyściej.
Kierunek cięcia
Kierunek cięcia wpływa nieznacznie na jakość narożników. Ostre zmiany kierunku powodują niewielkie spowolnienie, co oznacza więcej energii wyrzuconej w narożnik, co może spowodować przegrzanie.
Mocowanie części
W przypadku małych części lub cienkiego materiału o grubości poniżej 2 mm potrzebne są dociski, w przeciwnym razie część może przesunąć się w połowie-cięcia pod wpływem ciśnienia powietrza. Blokady magnetyczne-dobrze sprawdzają się w przypadku cienkich arkuszy.
Względy produkcyjne
Wydajność zagnieżdżania
Wydajność zagnieżdżania określa koszt materiałów. Arkusz akrylowy jest drogi-85 USD za arkusz odlewany o wymiarach 4 x 8 cali i grubości 3 mm od naszego dostawcy. Każdy zmarnowany centymetr kwadratowy to strata pieniędzy.
Dobre oprogramowanie do zagnieżdżania pozwala na wykorzystanie materiału na poziomie 85–90% przy skomplikowanych zadaniach. Złe zagnieżdżenie lub leniwe rozmieszczenie części? Wykorzystanie 65-70% i nagle tracisz 25-30 $ na arkuszu.
Prawdziwy przykład: Kiedyś stażysta zrobił zagnieżdżenie bez sprawdzania. Zostawił 40mm odstępu pomiędzy częściami „dla bezpieczeństwa”. Straciłem 15% powierzchni arkusza na nic. Pokazał mu, jak zagnieżdżać z odstępami 5 mm-uzyskał zwrot 15%. W przypadku pracy na 200 arkuszy oszczędność wynosi 2550 USD.
Czas cyklu a jakość krawędzi
Zrobiłem pewne badania czasowe: 15 mm/s daje mi 12-minutowy cykl dla typowego eksponatu. 25mm/s, co skraca go do 7 minut, ale potem muszę spędzić 10 minut na ręcznym polerowaniu krawędzi. Matematyka jest oczywista, ale ludzie nadal opowiadają się za „szybszym cięciem”, nie biorąc pod uwagę pracy na dalszym etapie.
Struktura kosztów
Koszt materiału
40-50% kosztów pracy w przypadku większości prac ekspozycyjnych. 3mm przezroczysty odlew akrylowy kosztuje około 85 dolarów za arkusz 4x8, na arkusz przypada około 6-8 typowych elementów ekspozycyjnych. Nazwij to kosztem materiału 12-15 USD za sztukę.
Czas maszynowy
Obliczane jako długość cięcia podzielona przez prędkość i czas przezbrajania. Typowy ekspozytor ma może 2 metry ścieżki cięcia. To 133 sekundy cięcia, nazwijmy to 3 minutami z konfiguracją. Przy czasie maszynowym wynoszącym 60 USD za godzinę daje to 3 USD za sztukę.
Koszt pracy
Zmienna, której wszyscy nie doceniają. Przygotowanie materiału,-czyszczenie po procesie, kontrola jakości, pakowanie. Rysunek: Minimum 5 minut na sztukę. Przy koszcie pracy wynoszącym 25 USD za godzinę daje to 2,08 USD za sztukę.
Całkowity koszt: 12 USD za materiał + 3 USD za maszynę + 2 USD za robociznę=17 USD za sztukę. Sprzedaj za 45-60 USD w zależności od złożoności i klienta.
Co idzie źle
Odpryski na rogach
Dzieje się tak, gdy tniesz zbyt szybko lub w materiale występują naprężenia wewnętrzne. Belka kończy cięcie, ale szok termiczny powoduje pęknięcie narożnika. Zwykle jest to odprysk 1-2 mm, ale niszczy część.
Wstecz-Zwęglanie powierzchniowe
Dzieje się tak w przypadku grubego materiału po wyjściu lasera. Wspomaganie powietrza wydmuchuje odparowany materiał na dno, ale jego część skrapla się na tylnej powierzchni w postaci ciemnej pozostałości.
Rozwiązanie:
Odparowany akryl osadza się na soczewce ogniskującej, zmniejsza przenoszenie mocy, sprawia, że ognisko jest większe i mniej wyraźne. Nie zauważysz natychmiast-cięć, po prostu pogłębiają się one stopniowo w ciągu kilku dni.
Przesunięcie części
W przypadku małych części lub cienkiego materiału o grubości poniżej 2 mm potrzebne są dociski, w przeciwnym razie część może przesunąć się w połowie-cięcia pod wpływem ciśnienia powietrza.
Porównanie z innymi metodami cięcia
| Metoda | Najlepsze dla | Jakość krawędzi | Złożoność | Koszt | Przetwarzanie końcowe- |
|---|---|---|---|---|---|
| Cięcie laserowe | Złożone kształty, od cienkiej do średniej grubości | Doskonały (-polerowany ogniowo) | Wysoka (skomplikowane projekty) | Średni | Minimalny |
| Cięcie routera | Gruby materiał, proste kroje | Dobry (ślady narzędzi) | Średni | Niski do średniego | Wymagane polerowanie |
| Cięcie piłą | Tylko linie proste | Przeciętny (widoczne linie cięcia) | Niski | Niski | Wymagane szlifowanie |
| Strumień wody | Bardzo gruby materiał | Dobry (matowe wykończenie) | Wysoki | Wysoki | Wymagane polerowanie |
| Nóż CNC | Bardzo cienki materiał | Sprawiedliwy | Średni | Średni | Wykończenie krawędzi |
Rozważania dotyczące sprzętu
Życie tuby
Rozmiar maszyny
Ekstrakcja jest obowiązkowa
Odparowany akryl to paskudna substancja-podrażniająca drogi oddechowe, pokrywa wszystko lepką pozostałością i okropnie śmierdzi. Potrzebujesz wyciągu o minimalnej mocy 800 CFM na głowicy tnącej, wentylowanej na zewnątrz.
Używam wbudowanego wentylatora odśrodkowego (Soler & Palau TD-200), 940 CFM, kanał 4". Zapewnia czystość w miejscu pracy i nie wdycha się oparów polimerów przez cały dzień.
Niektórzy ludzie oszczędzają i używają łazienkowego wentylatora wyciągowego o mocy 120 CFM, co jest całkowicie niewystarczające. Widoczny dym w miejscu pracy, skargi innych osób w budynku. Nie bądź tą osobą.
Co powiedziałbym komuś, kto zaczyna
Wybór materiału
Kupuj akryl lany, a nie wytłaczany, chyba że koszt jest absolutnie krytyczny i jakość krawędzi nie ma znaczenia. Przed rozpoczęciem produkcji dokładnie przetestuj swoje parametry.-Materiały różnych dostawców są różnie cięte, nawet jeśli są w całości „odlewane z akrylu”. Dokumentuj ustawienia dla każdego typu i grubości materiału.
Zainwestuj w wydobycie
Nie oszczędzaj. Twoje płuca są nie do zastąpienia, a opary akrylu zrujnują Twój dzień bez odpowiedniej wentylacji. Weź pod uwagę 500-600 dolarów za prawdziwy system ekstrakcji i po prostu to zrób.
Utrzymuj maszynę
Co tydzień: sprawdź soczewkę, wyczyść lusterka, sprawdź dyszę wspomagania powietrza. Co miesiąc: sprawdź napięcie paska, nasmaruj szyny liniowe, sprawdź ustawienie belek. Co roku: wymień lusterka, wymień dętkę, jeśli zbliża się koniec żywotności. Pominięcie konserwacji kosztuje znacznie więcej w przypadku nieudanych cięć i przestojów niż sama konserwacja.
Zacznij prosto
Zacznij od prostych geometrii i pracuj nad nimi. Nie przechodź od razu do skomplikowanych, zagnieżdżonych części z elementami o grubości 0,5 mm. Wytnij kwadraty i koła, zmierz szerokość nacięcia, sprawdź jakość krawędzi, wybierz parametry. Następnie wypróbuj krzywe, następnie złożone kształty, a następnie ciasne zagnieżdżanie. Chodzenie przed bieganiem itp.
Sprawdź wysokość ogniskowej
Przed każdą pracą sprawdzaj wysokość ogniskowej. Robię to od lat i nadal ręcznie weryfikuję położenie ogniska za pomocą trzpienia pomiarowego przed rozpoczęciem cięcia. Zajmuje 10 sekund i zapobiega problemowi „dlaczego cały ten arkusz pociął się jak śmieci”, gdy zorientujesz się, że przez cały czas brakowało Ci ostrości o 5 mm.
Dokumentuj wszystko
Prowadź dziennik parametrów, które działają dla różnych materiałów i grubości. Zwróć uwagę, którzy dostawcy zapewniają materiał najlepszej jakości. Śledź czas pracy i zużycie materiałów, aby udoskonalić swoje koszty. Dokumentacja zamienia doświadczenie w powtarzalny sukces.
„To w zasadzie tyle, jeśli chodzi o laserowe wyświetlacze akrylowe. Działa świetnie, jeśli dopasujesz materiał do procesu i wybierzesz parametry. Tnie czysto, wygląda profesjonalnie, szybciej niż jakakolwiek alternatywa w przypadku skomplikowanych kształtów. Tylko nie spodziewaj się, że będzie to-bez-dobre wyniki wymagają dbałości o szczegóły i właściwej konserwacji.
Przykłady ekspozycji akrylowych
Stojak ekspozycyjny
Skomplikowany-laserowo wycinany akrylowy stojak ekspozycyjny z-polerowanymi płomieniowo krawędziami i precyzyjnym montażem zakładki-i-gniazda. Idealny do ekspozycji produktów detalicznych.
Tablica prezentacyjna produktów
Niestandardowa akrylowa tablica ekspozycyjna z-grawerowanym laserowo brandingiem i precyzyjnie wyciętymi szczelinami do ekspozycji produktu. Przezroczysty materiał pozwala na wszechstronne zastosowanie w każdym środowisku.
Gablota wystawowa
Wysokiej klasy-ekran akrylowy z precyzyjnymi-wyciętymi laserowo łączeniami i polerowanymi krawędziami. Idealny do eksponatów muzealnych lub przedmiotów detalicznych-o wysokiej wartości.
