Что такое лазерный резак?

Вы когда-нибудь задавались вопросом, что такое лазерный резак или как он работает? Хотите купить его для своей мастерской? Читайте дальше, чтобы знать обо всем, что вам нужно знать!

Как следует из названия, лазерные резаки используют тонкий и сфокусированный лазерный луч для расплавления, сжигания или испарения определенных материалов, создавая разрез или гравировку, необходимые для ваших индивидуальных проектов, узоров и форм.

С момента своего изобретения в начале 1960-х годов лазерная резка нашла свое применение в таких отраслях, как электроника, медицина, аэрокосмическая, автомобильная и полупроводниковая промышленность. Одно из самых распространенных применений — резка металла, будь то вольфрам, сталь, алюминий, латунь или никель, поскольку лазеры обеспечивают чистые срезы и гладкую отделку.

Лазеры также отлично подходят для резки дерева, стекла, бумаги, металла, пластика и даже некоторых драгоценных камней. К их универсальности добавляется то, что для создания более сложных конструкций не нужны специальные инструменты.

Естественно, специфика того, что вы можете резать (и насколько эффективно), будет зависеть от типа используемого лазера. Чтобы сравнить основные типы лазеров, сначала будет полезно понять, что происходит под капотом. Итак, после этого мы рассмотрим другие аспекты лазерной резки, включая тип необходимого программного обеспечения, способы проектирования для лазерной резки и то, что следует учитывать, если вы хотите купить один из этих плохих мальчиков для себя. Давайте погрузимся!

Принцип работы

Процесс лазерной резки, а именно выборочное выжигание или плавление материала — включая металлы, делает очевидным, что речь идет о довольно мощном свете. Но чем этот свет отличается от света, исходящего от экрана с которого вы читаете эту статью? Ответ кроется в самом названии: «лазер» — это аббревиатура от «усиление света путем стимулированного излучения». Давайте разберемся в этом.

Если не вдаваться в подробности, то свет который мы видим обычно имеет ряд различных длин волн (которые мы интерпретируем как цвета), направленных во все стороны и рассинхронизированных. В общем, лазерный свет генерируется благодаря способности определенных материалов принимать одну форму энергии, а затем преобразовывать ее в энергию в виде света с соответствующей длиной волны. Один и тот же материал всегда будет излучать одну и ту же длину волны, а меньшие длины волн имеют самую высокую энергию.

Когда мы создадим достаточное количество материала, чтобы он излучал свою длину волны одновременно, направим все результирующие волны в одном направлении и отфильтруем все несинхронизированные волны, то в итоге получим свет, достаточно сильный, чтобы буквально разрезать металл. Довольно впечатляюще.

А направляя этот мощный свет с помощью инструкций в виде G-кода, можно вырезать индивидуальный дизайн из самых разных материалов в домашних условиях и даже в профессиональных.

Итак, давайте заглянем внутрь станка, чтобы установить некоторые важные термины, которые помогут нам в дальнейшем при сравнении различных типов лазерных резаков.

Основные компоненты

Для наших целей в инструменте лазерной резки есть три основные части, которые работают внутри машины.

Лазерный резонатор

Новый источник света часто требует помощи лазерного резонатора — компонента, который утончает лазерный луч и усиливает его силу. Материал, отвечающий за это усиление, также называемый средством усиления, различается в разных типах лазеров. Для направления лазерного луча также могут использоваться зеркала с высокой степенью отражения.

Режущая головка

После того как лазерное излучение набирает достаточную силу, отражаясь от резонатора, оно попадает в режущую головку. Здесь свет проходит через изогнутое зеркало или линзу, чтобы сфокусироваться в тонкий, концентрированный луч, способный резать или гравировать. Фокусная точка линзы должна находиться на поверхности разрезаемого материала. Во время резки все время поддерживается точное расстояние между пластиной и режущей головкой, чтобы сохранить фокусную точку и, следовательно, высококачественный рез.

Лазерный луч

Сам луч для большинства домашних станков обычно имеет диаметр от 0,1 до 0,3 мм и оптическую мощность от 5 до 50 кВт, но профессиональные станки, способные резать металлические плиты, могут (и должны) быть еще выше. Для работы с отражающими материалами, такими как алюминиевые и медные сплавы, требуется гораздо большая мощность, чтобы компенсировать потери из-за отражения.

В дополнение к этим трем компонентам некоторые лазерные резаки также используют газ под давлением для облегчения процесса. Давайте проверим, как это делается!

Три основных вида лазерной резки

В зависимости от материала, который вы режете, вдувание газа под давлением в пропил (щель в материале, образующаяся при резке) может способствовать повышению эффективности. Наиболее распространены следующие три подхода:

• Реактивная резка: Также называемая пламенной резкой, кислород подается в пропил под высоким давлением. Это легко окисляет нагретый металл, делая его значительно слабее. Эта реакция также обеспечивает больше тепла и повышает энергоэффективность лазера. Однако при этом может пострадать качество резки, поскольку свежие края материала также могут окисляться.
• Расплавление и выдувание: Также называемая резкой плавлением, инертный газ (обычно азот) выдувает расплавленный материал из реза, значительно снижая требуемую мощность. Сначала материал нагревается до температуры плавления, а затем газ выдувает его. Этот способ лучше всего подходит для толстых металлических материалов.
• Дистанционная резка: На большем рабочем расстоянии (или расстоянии от материала) высокоинтенсивный лазерный луч частично испаряет (аблатирует) материал, позволяя разрезать тонкие листы без использования вспомогательного газа.

Теперь, когда мы разобрались с основами, давайте рассмотрим различные типы лазерных резаков и принцип их работы!

Типы лазерных резаков

Как мы видели, все основные компоненты лазерного резака сводятся к одному неизменному элементу — лазерному лучу. Однако существует несколько различных способов получения луча, поэтому давайте рассмотрим, что это такое и как они работают.

CO2

CO₂ — лазер генерируется путем пропускания электрического тока через стеклянную трубку, заполненную CO₂ и другими газами, такими как азот и гелий. Когда электричество, проходящее через трубку, нагревает газы, это заставляет их излучать свет. Свет отражается от нескольких искусно расположенных зеркал на конце герметичной стеклянной трубки, затем фокусируется линзой и выходит из устройства, попадая на поверхность материала, с которым вы работаете.

CO₂ — лазеры излучают волны длиной 10,6 мм, что является достаточной энергией, чтобы пробить четвертьдюймовую плиту цельного дерева за один проход. Эти лазеры могут дать гладкую поверхность при резке более толстых материалов. CO₂-лазеры — самые распространенные типы лазерных резаков, потому что они эффективны, недороги и могут резать и растрировать несколько материалов.

Однако у CO₂ — лазеров есть как плюсы, так и минусы. Положительные стороны включают гладкую поверхность реза и относительно высокую скорость прямолинейного движения (по сравнению с другими видами лазеров), но это также довольно чувствительные машины. Благодаря сочетанию зеркал и стеклянных трубок, они довольно хрупкие и требуют идеального выравнивания, чтобы работать наилучшим образом. Это приводит к более дорогим затратам времени и денег на содержание и обслуживание. Тем не менее, это компенсируется их первоначальной доступностью.

• Материалы: Дерево (массив и фанера), картон и бумага, кожа, акрил, некоторые пластмассы и резины, некоторые металлы.
• Сложность: Средняя

Проверить цену на лазерные резаки CO2 на сайтах:

• Aliexpress
• Яндекс.Маркет

Диод

Диодные лазерные резаки генерируют лучи из таких кристаллов, как Nd:YVO (орто-ванадат иттрия, легированный неодимом) и Nd:YAG (иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом), но нет необходимости вникать в структуру кристалла. По сути, диодные лазеры используют специальные полупроводниковые диоды, похожие на диоды в светодиодах, для генерации высоконаправленного света с длиной волны в спектре видимого света от 550 нм до 950 нм. Материал усиления может и не понадобиться, но фокусирующая линза — обязательное условие.

Вы можете заметить, что для резки используется лазер двух цветов: красный и синий. Это различие указывает на то, что лазеры имеют разную длину волны и лучше всего подходят для разных случаев использования. Синий лазер имеет более короткую длину волны, поэтому он может создавать более глубокие разрезы и уменьшать размытость, чтобы обеспечить более точную обработку блестящих поверхностей. Красный лазер более склонен к отражению от блестящих поверхностей и, следовательно, к неправильному расчету расстояния, что приводит к неточным разрезам. Поэтому красный лазер лучше подходит для неотражающих поверхностей.

Хотя диодные лазеры гораздо ограниченнее других лазерных технологий в плане сырой мощности, они вполне доступны по цене, что делает их чрезвычайно популярными среди производителей станков для гравировки и резки. Если вы не привередливы в работе с более мягкими материалами, вы можете неплохо сэкономить, выбрав эту технологию.

• Материалы: Дерево (массив и фанера), картон и бумага, кожа, акрил
• Сложность: Начинающий

Проверить цену на диодные лазерные резаки на сайтах:

• Aliexpress
• Яндекс.Маркет

Волокно

В волоконном лазере сам лазер генерируется путем подачи исходного источника света через оптическое волокно, легированное редкоземельными элементами (такими как эрбий, иттербий или неодим). Лазерное излучение внутри оптического волокна проходит через лазерный резонатор, где оно фильтруется и усиливается. Направление оптического волокна позволяет чрезвычайно эффективно фильтровать и усиливать длины волн, что делает этот метод резки достаточно мощным и по сути, слишком агрессивным для мягких материалов, таких как дерево и пластик.

На промышленном уровне они часто используются для резки тонких листов металла для производственных компонентов. В настольном виде это довольно редкие и очень дорогие машины. Хотя по своей концепции они несколько похожи на диодные лазеры, волоконные лазеры требуют меньшего обслуживания, поскольку у них меньше движущихся частей. Они также гораздо более эффективны в электрическом плане, чем CO₂-лазеры, что означает, что их работа обходится дешевле с точки зрения электроэнергии. Таким образом, они являются более экономичной и долговечной альтернативой другим лазерным резакам в профессиональных и тяжелых сценариях.

К сожалению, цена самой технологии делает волоконные лазеры очень труднодоступными, поэтому в наших обзорах волоконные лазеры не встречаются.

• Материалы: Металлы, некоторые пластмассы
• Сложность: Профессиональный

Материалы

Лазерные резаки можно использовать для работы с различными материалами. Чаще всего их используют для работы с деревом, кожей, металлами, бумагой, картоном и акрилом. С некоторыми из этих материалов работать легче, чем с другими, и каждый из них требует своего подхода и методов для достижения наилучших результатов. Перед покупкой станка важно изучить материал, который вы хотите разрезать, а также соответствующие методы резки, так как некоторые станки работают не со всеми материалами.

Если вы хотите работать с деревом или акрилом, то, скорее всего, вам подойдут лазерные резаки CO₂. Этот тип лазерного резака обеспечит вам наибольшую гибкость при выборе материала. В зависимости от оборудования, вы можете использовать лазерный резак CO₂ для работы с пластмассами и некоторыми металлами, например, алюминием.

Диодным лазерным резакам особенно трудно резать отражающие и прозрачные материалы. В связи с этим вам может быть сложнее резать металлы, хотя это возможно при правильной подготовке. С другой стороны, если вы в основном занимаетесь деревянными и бумажными проектами, диодный лазер — это безопасный, не требующий особого ухода и бюджетный вариант.

Если ваши потребности заключаются в основном в резке металлических плит, толстого пластика, то, возможно, пришло время рассмотреть волоконный лазер. Как уже упоминалось, волоконный лазер настолько мощный, что его не рекомендуется использовать для более мягких материалов.

Программное обеспечение

Программное обеспечение для лазерной резки бывает двух видов: для проектирования и для управления. Программное обеспечение для проектирования — это инструмент, с помощью которого вы создаете дизайн, который хотите вырезать лазером. Управляющее программное обеспечение управляет станком и дает ему команды, необходимые для выполнения работы.

На некоторых станках программное обеспечение предоставляется вам. Так обстоит дело с компанией Full Spectrum Laser, которая поставляет вместе со своим станком программное обеспечение для управления на основе браузера под названием RetinaEngrave v3.0. Это программное обеспечение было разработано самой компанией, поэтому оно должно безупречно работать с ее станками.

Некоторые станки потребуют от вас поиска (и оплаты) собственного программного обеспечения для лазера. У вас есть возможность использовать бесплатное, но многие пользователи считают, что оплата качественного программного обеспечения имеет решающее значение для получения хороших результатов от лазерного резака. Это расходы, которые необходимо учитывать в своем бюджете на покупку.

Давайте рассмотрим самые популярные варианты программного обеспечения для лазерной резки!

Inkscape

Inkscape — это бесплатное программное обеспечение для дизайна профессионального уровня. Оно было разработано большой командой людей и имеет открытый исходный код. Этот мощный редактор векторной графики может использоваться для создания всех видов дизайна и изображений и имеет отличную репутацию среди пользователей. Ряд расширений, созданных пользователями, дополняют его возможности, и он доступен для Windows, Linux и Mac.

С помощью расширения, например Inkscape Laser Tool Plug-In от JTech Photonics, Inkscape можно использовать для создания файлов для лазерной резки, экспортируя 2D файл G-кода.

Adobe Illustrator

Еще одно довольно популярное программное обеспечение для дизайна, Adobe Illustrator обойдется вам примерно в 20 долларов в месяц за лицензию.

Считаясь одной из лучших в мире программ для дизайна и иллюстрации, Adobe Illustrator имеет ряд классных и полезных функций для лазерной резки. Одна из таких функций называется Artboards, она позволяет накладывать рисунки на цифровой материал, чтобы посмотреть, как они вписываются. Особенно полезно, если ваш лазерный резак не слишком сложный.

Affinity Designer

В завершение дизайнерского программного обеспечения, Affinity Designer предназначен для Mac и Windows, а также, по словам его создателя, оптимизирован для работы на iPad. Представленная на рынке как «урезанная, профессиональная рабочая лошадка», Affinity Designer является вполне жизнеспособной альтернативой Adobe Illustrator, который имеет отдельные рабочие пространства для векторных и растровых файлов.

LightBurn

Что касается программного обеспечения для управления, LightBurn имеет отличную репутацию среди мейкеров и часто является первым пунктом назначения для тех, кто переходит с бесплатного программного обеспечения. Стоимость программы составляет около 60 долларов, но это не слишком большие затраты для тех преимуществ, которые она дает: а именно, количество опций и гибкость в отношении настроек лазера, а также дизайна и макета. Вы можете создавать и редактировать дизайн в этом программном обеспечении, а затем сразу переходить к настройке параметров лазерной резки. LightBurn для многих является обязательным инструментом, когда речь идет о лазерной резке или гравировке.

Применение

Лазерные резаки славятся своей точностью и способностью помогать в решении самых разных задач. Вдали от мастерских любителей лазеры используются во всех видах промышленности, от медицинской до автомобильной.

Одним из примеров применения промышленных лазерных резаков является автомобильный сектор, где лазерная резка используется от начальной стадии проектирования до конечной производственной линии. В процессе проектирования лазерный резак используется для создания точных рабочих моделей конечного автомобиля и для изготовления прототипов сложных деталей и схем. После того как автомобиль спроектирован и запущен в производство, лазерные резаки снова вступают в игру, но на этот раз в сочетании с роботизированными системами, которые перемещают лазер и деталь для выполнения точной резки.

В мастерской лазерные резаки часто используются для резки и гравировки дерева, кожи, картона и других материалов для изготовления таких изделий, как кошельки, ювелирные изделия, светильники и вывески. Нередко любители используют такие станки для изготовления изделий с дополнительной персонализацией или надписями. Затем их часто можно найти для продажи на популярных онлайн-сайтах, таких как Etsy, или на ярмарках ремесел.

Проектирование для лазерной резки

Хотя воображение дизайнера теоретически является единственным ограничением того, что может быть создано, вот несколько общих рекомендаций при разработке дизайна для лазерной резки:

• Знайте свой станок: Дизайн должен соответствовать техническим требованиям управления вашего станка. Попытка преобразовать файл может привести к потере деталей. Кроме того, ознакомьтесь с минимальными и максимальными размерами материала.
• Проверьте толщину материала: Детали не могут быть меньше толщины материала. Если вы хотите сделать, например, отверстие, его диаметр должен быть как минимум больше толщины материала. Как правило, расстояние между резами должно быть в 2 раза больше толщины материала.
• Закон физики действует всегда: Когда вы вырезаете кусок металла, он отвалится, если в конструкции нет соединительного элемента.
• Проявите сдержанность: Ваша конструкция развалится или станет хрупкой, если множество линий пересекаются в одной точке.
• Внимательно изучите детали: Внимательно изучите все детали дизайна и убедитесь, что пересечения находятся там, где это необходимо.
• Следите за рельефом изгибов: Неправильные рельефы изгиба не позволят вам получить хороший срез прямо с лазера.

Если вы ищете вдохновение для дизайна, то помимо сайтов типа Instructables в онлайновых хранилищах можно найти множество файлов, предназначенных для лазерной резки. К счастью для вас, мы составили список наших любимых.

Покупка лазерного резака

Независимо от того, какой лазерный резак вы собираетесь приобрести, есть несколько вещей, о которых следует помнить, прежде чем отправляться на кассу. Хотя мы не можем точно сказать вам, что подойдет, а что нет для ваших проектов, вот некоторые ключевые соображения при покупке лазерного резака:

• Поддержка: Несколько продавцов предлагают дешевые лазерные резаки, но достаточно ли они надежны, чтобы обеспечить вам необходимую поддержку, когда ваш станок сломается? Насколько легко найти запасные части?
• Размер: Размер рабочего стола накладывает ограничение на размер материала, с которым вы можете работать. Большая станина позволит вам резать несколько деталей одновременно, в то время как меньшая станина позволит вам работать только с одним материалом за один раз.
• Мощность: Чем больше мощность, тем мощнее ваш станок. Помните, что большая мощность означает, что вы будете резать быстрее и надежнее. Это также означает, что эксплуатационные расходы будут выше.
• Совместимые материалы: Вы не можете просто выбрать любой материал и начать обрабатывать его лазером. При выборе подходящего лазерного резака следует руководствоваться составом материала. Также следует учитывать, что некоторые материалы возгораются, а другие выделяют токсичные пары.