Что такое лазерная гравировка
Лазерная гравировка — это метод нанесения изображений, надписей, штрихкодов и узоров на различные поверхности без физического контакта. Данная технология нашла широкое применение на производстве, позволяя наносить рисунки и надписи даже на самые мелкие детали. В результате воздействия лазера материал нагревается, что приводит к изменению его цвета и созданию заметного контраста. В зависимости от продолжительности лазерного воздействия материал может претерпевать различные трансформации — испаряться и сжигаться.
Гравировка, полученная с помощью лазерного гравировального оборудования, устойчива к истиранию, поэтому она подходит для нанесения долговечных изображений на различные материалы. Лазер может обрабатывать металл, дерево, пластик и другое.
Рис. 1. Лазерная гравировка дерева
Принцип действия лазерной гравировки
Принцип действия лазерной гравировки основан на передаче энергии от излучателя через оптическую систему или оптическое волокно к фокусирующей системе. Задача фокусирующей системы — сконцентрировать энергию и направить ее на материал. Расстояние между линзой и материалом играет решающую роль в определении точности фокусировки лазерного луча, что, в свою очередь, влияет на качество гравируемых линий.
В процессе обработки верхний слой или несколько слоев материала удаляются путем выжигания или испарения. В результате на поверхности материала образуются углубления. Эти углубления, объединяясь, создают желаемое графическое изображение или надпись.
Глубина гравировки зависит от нескольких факторов. Значительную роль в определении глубины гравировки играет выбранная мощность лазерного источника и физические свойства обрабатываемого материала, такие как его состав и плотность. Для достижения необходимой глубины гравировки на разных материалах могут потребоваться различные настройки лазера.
Рис. 2. Гравировка по дереву
Преимущества лазерной гравировки
Широкий спектр применения: Лазерная гравировка может выполняться на широком спектре материалов, включая дерево, стекло, ДВП, текстиль, картон, бумагу и металлы. Такая универсальность дает возможность применения в различных отраслях промышленности.
Бесконтактная обработка материалов: Во время механической гравировки материал закрепляется в тисках или фиксируется вакуумом. В отличие от механических методов, лазерная гравировка выполняется без контакта с материалом, что снижает риск повреждения. Отсутствие физического контакта также исключает образование стружки и значительно снижает количество пыли. Заготовка нагревается точечно, что исключает изменение ее формы, воспламенение.
Отсутствие износа инструмента: Гравировка является бесконтактным процессом, прямого контакта инструмента с материалом не происходит. Это исключает необходимость использования традиционных инструментов, таких как ножи и сверла, а значит, исключает износ инструмента и связанные с этим затраты. В качестве инструмента выступает сам лазерный луч, который имеет большой срок службы.
Максимальная точность: Лазерная технология обеспечивает исключительную точность, позволяя наносить сложные и детализированные изображения. Лазер способен с высокой точностью воспроизводить даже самые мелкие детали. Луч имеет точное управление, в результате чего получаются четкие и хорошо различимые изображения, гравюры, штрих-коды или текст.
Экономичное производство: Лазерная гравировка обеспечивает эффективное и экономичное производство как отдельных деталей, так и крупных серий. Процесс может быть полностью автоматизирован, что обеспечивает высокую скорость выполнения работ. Отсутствие затрат на оснастку, а также возможность обработки широкого спектра материалов обусловливают общую экономическую целесообразность лазерной технологии.
Рис. 3. Нанесение QR кода на металл лазерным гравером
Виды оборудования для лазерной гравировки
Лазерное гравировальное оборудование бывает разных видов, в каждом из которых используется определенный тип лазерного излучателя. Рассмотрим каждый тип более подробно:
CO2-лазеры
CO2-лазеры, также известные как газовые лазеры, используют в качестве активной рабочей среды смесь углекислого газа, азота и гелия. Для создания электрического разряда в газовой среде эти лазеры используют электричество. CO2-лазеры универсальны и могут эффективно гравировать различные материалы. Они дают хорошие результаты при работе с пластиком, деревом, резиной, кожей, картоном и т.д. Однако при гравировке на металлических изделиях могут потребоваться специальные спреи или пасты. К преимуществам CO2-лазеров можно отнести их доступность, простоту в эксплуатации и обслуживании, универсальность (можно использовать для резки, сварки и т.д.), компактность, наличие моделей с различными размерами рабочего стола. Также они могут использоваться для раскройки материалов, лазерной сварки и других работ.
Волоконные лазерные аппараты
Волоконные лазерные установки широко используются для лазерной гравировки. Они относятся к категории твердотельных лазеров и генерируют лучи с длиной волны 1,064 мкм. Основные характеристики волоконных лазеров: когерентные и монохроматические лучи, высокая мощность (часто около 1000 Вт, что значительно выше, чем у газовых лазеров), широкий спектр применения (маркировка, гравировка, резка, сварка, сверление отверстий и т.д.), высокая скорость работы (скорость луча до 12000 мм/с), компактные размеры и легкость конструкции, большой срок службы — около 10 лет. В волоконных лазерных установках для генерации излучения используется волокно накачки, резонатором которого является оптический элемент, состоящий из пары брэгговских решеток. Для накачки обычно используются полупроводниковые диоды.
Твердотельные лазеры
Твердотельные лазеры используются для гравировки металлов, при работе с другими заготовками следует оценивать их экономическую эффективность и совместимость с материалом. В таких лазерах используются специальные активные кристаллы, которые возбуждаются с помощью ламп или светодиодов накачки для генерации излучения. К преимуществам твердотельных лазерных станков можно отнести высокую производительность, минимальную потребность в обслуживании, возможность гравировки даже на небольших поверхностях (что делает их полезными при производстве печатных плат), компактность, высокую скорость работы и энергоэффективность. Они легко интегрируются в любую производственную линию.
Выбор подходящего лазерного гравировального оборудования зависит от таких факторов, как требуемые материалы для гравировки, необходимая точность, скорость производства и бюджет.
Рис. 4. Лазерная резка и гравировка дерева
Применение лазерной гравировки
Лазерная гравировка находит применение в различных отраслях промышленности и для самых разных целей:
Нанесение штрих- и QR-кодов: Лазер может наносить штрих- и QR-коды на поверхности любой формы, в том числе сферические. Это особенно удобно при изготовлении инвентарных карточек, этикеток и других изделий.
Масштабирование устройств и маркировка деталей: Лазерная гравировка применяется для масштабирования устройств и маркировки отдельных деталей. Это особенно актуально в таких отраслях, как медицинская техника, аэрокосмическая, военная промышленность и приборостроение. Лазерная гравировка позволяет наносить точную и постоянную маркировку на компоненты, обеспечивая их прослеживаемость и идентификацию.
Маркировка информации на электронике: Технология используется для нанесения информации на микросхемы, печатные платы, кремниевые пластины, процессоры, детали и гарантийные наклейки. Также применяется для маркировки кабельно-проводниковой продукции и приборных панелей.
Кастомизация: Лазерная гравировка используется для создания необычного дизайна корпусов телефона, планшетов, ноутбуков и других электронных устройств. Применяется для создания персонализированной сувенирной продукции и придания индивидуальности предметам повседневного обихода, таким как вазы и посуда. Лазерная гравировка эффективна в ювелирной промышленности для нанесения надписей, трехмерных рисунков и сложных узоров.
Производство рекламной продукции: Лазер позволяет брендировать сувениры, наносить логотипы, изготавливать нестираемые таблички и другие рекламные материалы. Изделия с лазерной гравировкой являются отличными подарками, наградами и призами.
Поделки: Часто лазерная технология применяется для создания поделок и подарков ручной работы, например при изготовлении штампов, обработке бумаги, гравировке различных материалов в художественных и декоративных целях.
Рис. 5. Лазерная гравировка крышки ноутбука
Растровая и векторная гравировка
Растровая и векторная гравировка — это два разных метода, используемых для нанесения изображения лазерным станком.
Растровая гравировка – это нанесение изображения, состоящего из пикселей, строка за строкой и точка за точкой. Этот метод обычно используется для больших площадей, нанесение букв с заливкой, изображений, фотографий. Растровая гравировка подходит для детальных и сложных рисунков.
Векторная гравировка подходит для нанесения линий, простых изображений без заливки и градиента. Технология обеспечивает более высокую скорость гравировки по сравнению с растровой.
Какие материалы подходят для гравировки
Некоторые из материалов, на которых обычно выполняется лазерная гравировка:
- Мрамор и гранит;
- Камень;
- Дерево;
- Стекло;
- Акрил;
- Металл;
- Картон и бумага;
- Ткань;
- Кожа.
Лазерная гравировка на дереве
Дерево является популярным материалом для гравировки, поскольку можно использовать практически любые породы древесины, а также применять несколько техник лазерной резки и гравировки для получения различных результатов. Наносить гравировку можно на различные виды древесины:
- Древесноволокнистые плиты;
- Массивная и цельная древесина;
- Фанера;
- ДСП;
- Пробка;
- МДФ;
- Шпон;
- Мультиплекс.
К числу распространенных областей применения лазеров по дереву относятся фотогравировка, инкрустация, создание прототипов и персонализированных изделий.
Древесина — натуральный материал, поэтому необходимо уделять большое внимание различным параметрам. Например, для мягких пород, таких как бальза, требуется меньшая мощность лазера. Для твердых пород потребуется более мощный лазерный луч. Если вы работаете с древесиной, изготовленной путем склеивания различных волокон, например с МДФ, лучше использовать сжатый воздух.
Рис. 6. Лазерная гравировка фанеры
Лазерная гравировка на стекле
Кружки, вазы, винные бутылки и бокалы — это лишь некоторые из примеров изделий, на которые можно нанести гравировку. Многие известные винодельческие и ликероводочные компании используют лазерную гравировку для нанесения логотипов на свои бутылки.
Рис. 7. Лазерная гравировка стекла
Лазерная гравировка на акриле
Акриловые листы (полиметилметакрилат, ПММА), отличаются прочностью и легкостью и могут служить отличной альтернативой стеклу. ПММА может быть изготовлен двумя способами — литьем или экструзией.
Эти два вида акрила по-разному реагируют на лазерную гравировку. Литой ПММА имеет матово-белый цвет, что очень контрастирует с его прозрачным материалом. Экструдированный акрил при гравировке остается прозрачным и не дает большого контраста. По этой причине экструдированный акрил лучше всего подходит для лазерной резки, а литой акрил для гравировки.
При гравировке литого акрила часто используется зеркальная гравировка с обратной стороны. При этом изображение переворачивается таким образом, чтобы гравировка зеркально отражалась на обратной стороне поверхности. В итоге получается эффект «взгляда сквозь». Некоторые граверы также окрашивают поверхность листа, а затем наносят лазерную гравировку на окрашенную поверхность, чтобы выявить акрил, скрытый под краской.
Рис. 8. Лазерная гравировка акрила
Лазерная гравировка на металле
Лазерной гравировке поддаются многие виды металлов, ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых:
- Сталь;
- Медь;
- Железо;
- Нержавеющая сталь;
- Алюминий;
- Латунь;
- Серебро;
- Золото;
- Паладий;
- Титан;
- Платина;
- Карбиды;
- Металлы с покрытием.
Рис. 9. Лазерная гравировка металла
В качестве примера можно привести создание произведений искусства, изменение крыльев самолетов для улучшения аэродинамики, изготовление автомобильных деталей, гравировка деталей и т.д. Таким образом, лазерную гравировку металлов можно разделить на две функциональные категории: промышленная лазерная гравировка и рекламная лазерная гравировка.
Лазерная гравировка ткани
Как натуральные, так и синтетические ткани подходят для нанесения лазерной гравировки. Однако наиболее часто обработке подвергаются хлопок и микрофибра. Микрофибра изготавливается из полиамидов (нейлона), полиэфиров, а также их смеси.
Микрофибра очень прочна, и именно поэтому она часто используется для лазерной гравировки.
Рис. 10. Лазерная гравировка ткани
К другим тканям, которые хорошо подходят для лазерной гравировки, относятся джинсовая ткань, войлок, саржа и флис. Эти ткани достаточно прочны, чтобы выдержать воздействие тепла лазера.
При гравировке на ткани лучше всего использовать высокую скорость и низкую мощность. Это позволит лазерному лучу быстро испарить верхнюю часть, чтобы добиться желаемого эффекта. Прежде чем приступить к гравировке, протестируйте несколько образцов, пока не подберете оптимальные настройки. Это позволит не испортить ткань при лазерной обработке.
Лазерная гравировка кожи
Кожаные изделия с индивидуальным дизайном всегда пользуются спросом. Лазерной гравировке поддаются практически все виды кожи, включая нубук и замшу. Ниже приведен список наиболее распространенных видов кожи для гравировки:
- Замшевая кожа;
- Нубук;
- Синтетическая кожа;
- Кожа алькантара;
- Кожа с начесом;
- Натуральная кожа.
Даже искусственная синтетическая кожа, может быть подвергнута лазерной гравировке. Наиболее важным моментом при гравировке кожи является цвет. Как правило, для обработки следует избегать темной и черной кожи. На светлой коже гравированные узоры будут более заметны.
Рис. 11. Лазерная гравировка кожи
