Мой опыт использования лазерного гравера



Привет, Geektimes! Пишет студент института ИТМО программы «лазеры для информационно-коммуникационных систем». Этим летом у меня появился шанс поработать с лазерным гравером. Хочу поделиться своими наблюдениями по этому поводу и описать свою работу.


Сначала про сам аппарат — табличка с обратной стороны говорит:

— Machine Name: Fiber Laser Machine
— Model: LP-FLM 50
— Manufacturer: LaserPower Technology (Suzhou) Co., Ltd.
— Power Supply: AC220V, 50/60hz
— Программное обеспечение станка — Ezcad 2.0.

Прогуглив модель, по первой ссылке про него можно найти больше информации:

— Мощность: 50 Вт
— Длина волны: 1064
— Маркировка площадь: 110ммx110мм, 200ммx200мм, 300ммx300мм
— Минимальная ширина линии: 0,03 мм
— Минимальный размер символов: ≤0.05 мм
— Скорость маркировки: ≤7000 мм/с
— Ширина импульса: ≤60микро с
— Охлаждение: охлаждение воздухом
— Требование к питанию: однофазный, переменный ток 220В, 50/60Гц

Особенности:

Станок оснащен лазерным источником с длительным сроком службы. Он не требует расходников, подходит для глубокой гравировки. Высокая скорость, точность и качество маркировки.

Применение:

Лазер может наносить логотипы, символы, серийные номера, штрих-коды или QR-коды на металл (углеродистая и нержавеющая сталь, алюминий, медь, латунь, цинк и т.д.) и некоторые неметаллы (пластик, резина, кожи, бумаги и т.д.).

Мне предложили провести эксперименты по нескольким направлениям, проработать несколько мини-проектов:

  1. Изучение воздействия лазера при изменении трех его параметров (мощность, частота модуляции, скорость).
  2. Создание печатной платы.
  3. Генерация\воплощение идей для создания изделий под заказ.

Обработка металлов в разных режимах


Хотелось понять, как отдельные параметры лазерного гравера влияют на глубину прожига. Изначально гравировка в глубину не особо шла, делал много проходов, уменьшал шаг штриховки, но ничего не помогало. Оказалось, что обрабатываемая поверхность просто была не в фокусе. После регулировки высоты источника излучения дело пошло.

В Ezcad я нарисовал квадрат и сделал тройную штриховку. Все три слоя с одинаковым шагом 0.01 и разницей в наклоне: у первого слоя 0 градусов, у второго 45, у третьего -45.

После прожига с помощью микрометра была замерена глубина участков подвергшихся лазерному излучению.



По итогам составлены графики зависимости глубины от изменяемой величины (мощность, скорость, частота модуляции). Графики получились очень даже логичными:



Чем выше частота модуляции, тем больше воздействия лазера на поверхность, значит больше глубина.



Чем выше скорость луча, тем меньше воздействия лазера на поверхность, значит меньше глубина.



Самый логичный график, чем больше мощность тем глубже.

Создание печатной платы


Я решил сделать плату марсоход. Для этого создал инверсное изображение .bmp-формата.



Изначальная идея состояла в том, чтобы выжечь медь с поверхности, оставив дорожки. Хотел снимать медь послойно малой мощностью. Думал, что после 5-10 проходов прожига останется чистый гетинакс.



От этой идеи пришлось отказаться, так как при воздействии лазера на медь в определенный момент фольга прожигалась, и начинал испаряться гетинакс.



Возникла идея покрыть пластины краской и сжигать ее. Правда в этом случае теряется желаемая технологичность, ведь в этом случае придется выполнять обычную операцию травления платы хлорным железом.



Первые платы были с пятнами.



Скорее всего при испарении краски дым, задерживающийся над рабочей поверхностью, рассеивал луч. При втором проходе от пятен не осталось и следа.



Однако, здесь нас и поджидала следующая проблема, скрытая в конструкции аппарата. Лазерный луч отклоняется системой двух зеркал. И чем дальше от центра, тем большее получается искривление изображения.



На пластине должны были получиться перпендикулярные прямые (увы, нет). Это, конечно же, непозволительно для печатной платы. Покопавшись в настройках программы, было найдено специальное диалоговое окно учета и коррекции этого искривления.



Изменением параметров в программе искривления были сведены к минимуму. Также пытался прожигать отверстия в плате.



Сначала были неаккуратные края, потом началось получаться чище. В итоге получил отверстие с одной стороны чистое, с другой нет. Если тщательнее подобрать режимы, то получатся красивыми обе стороны. Однако, чуть позже работа над платой была приостановлена из-за надвигающейся проблемы стыковки двух поверхностей платы top/bottom. Но эту работу думаю продолжать.

Генерация\воплощение идей для создания изделий под заказ


Возникла идея печати изображений на ложках. Были куплены чайные и столовые ложки из нержавейки. Я создал для них векторное изображение. Поискал красивые рамки для вензелей, взял несколько идей и создал свою рамку в Corel Draw. При отсутствии опыта работы с этой программой получилось за 30-45 минут разобраться и перерисовать изображение (для столовой ложки).







Так прошло мое первое знакомство с лазерным гравером, 2 пункта из 3 выполнены. Если будут вопросы или идеи, пишите в комментарии.
Метки:
Поделиться публикацией
Комментарии 68
  • +2
    Да не травите вы уже хлорным железом. Отлично травится перекисью водорода и лимонной кислотой с солью. Чисто и не воняет.
    • 0

      Какая концентрация перекиси?

      • 0
        3% стандартный пузырек из аптеки.
        • 0
          Кстати, этот рецепт пришел из микроэлектроники. Читал, что подобным составом травили / травят дорожки на чипах. Не могу судить, насколько это распространено.
          • 0
            Лучше купить 70% в русхиме, экономия раз в десять и там же лимонку.
        • +1

          Или персульфатом аммония.

          • 0
            Я тут давеча тож решил перекисью вместо ХЖ воспользоваться. Замесил лимонку с солью, залил перекись и забросил заготовку платы. Процесс пошел, раствор становился все более зеленым. Думаю — хорошо. Но потом в какой-то момент реакция пошла особенно бурно и сек. через 15-20 резко остановилась. Плата так и не дотравилась. Попытки реанимировать процесс результата не принесли.

            Плюнул я на все это дело, достал железо и по старинке за 10 минут запилил все что нужно.

            Что пошло не так — я так и не понял =(
            • 0
              Хах. Перекись была слишком концентрированная.
              • 0
                Не, ну не на столько =)

                Какие вообще пропорции лимонки/соли нужны при использовании типичной аптечной 3% перекиси в емкости 100мл.? А то каждый пишет по своему и расхождения реально на порядок идут.
                • 0
                  А без разницы особой, как я понял. Там концентрация особой роли не играет, начиная с какого-то предела, так что можно сыпать больше и не париться.
                  • 0
                    Играет играет. Пропорции просрал и всё. Особенно когда травишь не платы, а куски меди, где стравить надо много-много.
                  • 0
                    Чайная ложка соли на 100 мл 3% перекиси из аптеки. Неплохо бы подогреть банку перекиси в горячей водичке из под крана. На пару плат площадью до 1 квадратного дециметра должно хватить. Лимонку тоже из магазина сухую грамм 10 на 100 мл перекиси
                    • 0
                      Я использовал 100мл/30гр/5гр.
                      Отмерял аптечными весами, далее отметил уровень маркером в баночках и отмерял так (плюс минус грамм не страшно).
                      Нужно очень хорошо перемешать.
                      Травилось хорошо, но я привык оставлять большие полигоны земли (с заливкой сеточкой — так лудить проще/красивее), чтобы травить не нужно было слишком много.
                    • 0
                      У меня было жоще, когда вскипило два литра такой жижи и залило весь балкон.

                      dlinyj.livejournal.com/676121.html
                  • –1

                    Может у вас нет, но у многих батя склад в туалете в четырех пакетах держит 20 год.

                    • +2
                      Очень даже воняет. Без вытяжки использовать этот способ не советую.
                    • 0
                      А как же медный купорос? Забыли…
                      Эх, никакой романтики
                      • +1
                        не травите перекисью и солью без вытяжки, берегите своё здоровье. Получите неизлечимую форму астмы. Только под вытяжкой. Уж лучше пересульфат.
                      • 0
                        А на стекле можно гравировать?
                        • 0
                          Полагаю, получится, если подобрать и нанести на стекло какую-нибудь тугоплавкую краску, которая бы не испарялась раньше, чем лазер проколупает поверхность стекла под ней.
                          • 0
                            Прекрасно гравируется и без краски, только фокус линзы должен быть точно на поверхности стекла. И мощность\скорость нужно подбирать. Часть излучения стекло не пропускает, происходит локальный нагрев стекла и откалываются микроскопические кусочки. Все это дает непрозрачный рисунок. А вот за счет чего получается объемное изображение в глубине стекла, не могу сказать…
                            • 0
                              А вот за счет чего получается объемное изображение в глубине стекла, не могу сказать…
                              Разве не микротрещины?
                              • 0
                                Это опыт CO2 лазера? К иттербиевым неприменимо, стекло прозрачно для этой длины волны.
                                • 0
                                  Да, СО2. Кстати, да, не обратил внимание на аппарат.
                                • 0
                                  Насколько помню (давно было дело) — за счёт опускания фокуса луча вглубь материала
                              • 0
                                По идее можно прямо в толще стекла делать объёмные узоры, вроде таких:
                                image
                                лишь бы аппарат позволял.
                                • +1
                                  Нет, не выйдет. Для этого нужен 532Нм наносекундный лазер с хорошей энергией импульса, 1064 для таких задач не подходит. Ну и на этом гравёре вроде как оси с ручным приводом, а для таких приложений важно точное позиционирование по оси Z
                              • –5

                                Татуировки можно так набивать?
                                Во спрос-то будет

                                • –1
                                  Тату вряд-ли, а вот шрамирование, полагаю, возможно, но скорее всего это получится дороже чем традиционные методы.
                                  • +2
                                    1064 проникает на глубину около 4 мм в мягкие ткани. Их используют для снятия татуировок.
                                  • +1
                                    Не буду оригинальным, крайне интересует работа лазера с клавиатурами (пластик). Судя по разрозненным комментам, там далеко не всё так гладко, как на готовых изделиях — на белых клавишах получается серый рисунок, на чёрных — едва заметная серость.
                                    • 0

                                      Посыпьте пластик красящим порошком, или металлом, размолотым в порошок, затем отправляйте на лазерную обработку.

                                      • 0
                                        Рад бы «красящим порошком», каким именно? Акварель, гуашь, сточенный напильником пластик, сурьма? :) Интересует именно светлый рисунок на чёрных клавишах (увы, клавиатуры нынче сплошь чернота :( ).
                                        • 0
                                          Любым, что есть под рукой, и всё, что способно вплавиться в пластик. Ведь этот финт — Ваше ноу-хау. Только не пытайтесь таким способом вкрапить алюминиевую или титановую пудру и крошку — они взрывоопасны.
                                          • 0
                                            Взрывоопасна, вроде, только взвесь, не?..
                                        • 0
                                          Я пробовал прижигать и стальную и алюминиевую и медную пыль — иттербиевый лазер их испаряет, СО2 — отражается.
                                        • 0
                                          Всё верно, для такого типа лазеров, что описан выше, маркировка на пластиках получается не идеально, а именно как вы написали — на белых клавишах получается серый цвет, на чёрных — серый. Можно подобрать режимы обработки, но четкого контраста на клавиатуре без подсветки не удастся получить. На клавиатурах с подсветкой все проще — вы снимаете верхний слой краски лазером и у вас буквы ничем не отличаются от оригинальных.
                                          • 0
                                            … и у вас буквы ничем не отличаются от оригинальных
                                            — в этом и беда! Хочется разные алфавиты разного цвета. :(
                                            Увы, просто прозрачные наклейки имеют отвратительный, слабый контраст. А наклеивать непрозрачные — уродуется внешний вид.
                                            Если прожечь борозды и как-то заполнить краской — было бы приемлемо.
                                            • 0
                                              В таком случае вам нужен CO2 лазер. Он плавит или выжигает пластик в зависимости от режимов. Только планшетными не очень удобно это сделать. У меня в лаборатории есть несколько типов различных излучателей с системами отклонения луча зеркалами, в том числе и CO2. Могу показать вам в живую на вашей клавиатуре как будет выглядеть гравировка на разных типах излучателей.
                                          • 0

                                            У меня такой же девайс, черные клавиатуры он просто проплавляет в глубину, так что буквы видны за счет рельефа.

                                            • 0
                                              Я бы рад и в глубину, лишь бы края были идеальными — тогда я тупо заполню борозды любой краской — вуаля!
                                            • 0
                                              не так все просто, зависит еще от пластика, на абс обычно все выходит серым или белым в зависимости от режима, а вот с некоторыми пластиками (обычно импортные, марку к сожалению не скажу так как буржуйская коммерческая тайна и не разглашают они её) в зависимости от частоты, скорости и мощности порой получали на темносером окрасе от черного до белого без всяких порошков
                                            • +1
                                              А, потребление электроэнергии у него какое?
                                            • 0
                                              Судя по фотографии, действительно на зеркалах, но в названии станка fiber присутствует. Как понимать?
                                              • 0
                                                На зеркалах сканатор, на файбере — источник.
                                              • 0
                                                там скорее самый обычный dpss. ( твердотельный лазер с диодной накачкой). И на выходе стоит акустооптический модулятор.

                                                Скорее всего там неодимовый активный элемент. <гранат или ванадат) Так как длинна волны 1064. У волоконных чуть другая длинна волны.

                                                Вообще в СССР выпускались небольшие твердотельники. без водяного охлаждения. Но накачка в них была импульсной лампой.
                                                Их можно было видеть на станциях переливания крови. Продигали дырку в пальце. Но от них отказались по причине долгозаживающих ран.

                                                Как то хотел выпросить такой, стоящий годами, но этот лазерный скарификатор куда то ушел.
                                                Тоже хотел его приспособить для гравировки, выжигания прожигания.
                                              • –1
                                                На заказ гравируете? Хочу шильдик «Электроника» для старого калькулятора запилить.
                                                • 0
                                                  На каком режиме в результате медь снимали? Что за текстолит? По моему опыту (20Вт правда) обычная медь, в том числе на текстолите, отражает почти все излучение — если поставить пластину меди под углом 45 к лучу, на стоящей рядом детали образуется зеркальное изображение гравировки, а медь визуально неизмененная. ЧЯДНТ?

                                                  И да, по моему опыту лучший способ для глубокой гравировки — делаем один проход с шагом 0,02 змейкой 80% мощности 200 скорость 20 частота, потом — зачищающий проход под 45 градусов 20% мощности, 1200 скорость, 50-70 частота. В этом случае вертикальные стенки получаются максимально ровные.

                                                  Про идеи: хорошо жжется магниевый сплав для клише. И в отличие от традиционных фрезерования и травления, качество получается близко к идеальному. Ребята, которые делают оттиски на коже/кожзаме будут рады. Еще вариант — гербовые печати и печати с высокой степенью защиты. Но это надо лицензию.
                                                  • 0

                                                    Прямо такой стоит уменя на столе, правда под управлением примитивной MaxMarking 2.0.7, если нужно что-то для кросс-теста — легко помогу.

                                                    • +1

                                                      Вот несколько фотографий, я его более для "художественной" работы использую, достался от прошлого проекта.
                                                      https://goo.gl/photos/o8P7hLjAM7Jb1Srr8

                                                      • 0
                                                        А есть где-то место, где можно почитать о работе с такими — мне скоро предстоит это, а информации у меня ноль вообще?
                                                        • +1
                                                          тут довольно много.
                                                          • 0
                                                            Спасибо. Мой на 30W уже стоит в ящике на улице, ждет когда закончат помещение для него. Влез в коробку — ни диска, ни инструкции. Правда компьютер в комплекте, там наверно софт уже стоит.
                                                    • 0
                                                      фольгированный гетинакс никогда не видел в продаже, но это весьма посредственный материал.
                                                      Интересно как будет обрабатываться современный фольгированный стеклотекстолит и фторопласт.
                                                      Только с последним аккуратнее, очень ядовитый газ при разложении.
                                                      Еще не совсем понял фразу «Чем выше частота модуляции, тем больше воздействия лазера на поверхность», ведь частота модуляции сама по себе не меняет время воздействия, может там скважность при этом как-то меняется? Или материал успевает меньше выделить дыма к концу импульса — я вообще не спец, так что могу только гадать.
                                                      • 0
                                                        Частота модуляции отвечает за количество импульсов в единицу времени. У всех импульсов одинаковая энергия, и энергия полученная обрабатываемым материалом больше при большей частоте модуляции.
                                                        • 0
                                                          а в спецификации нет информации по длинне импульса или его энергии? Это как раз важно с медью, чтобы она не прогревалась, а испарялась нужен короткий и мощный импульс, пикосекундные неплохо подходят
                                                          • 0
                                                            У излучателей такого типа длина импульса фиксированная и находится в пределах 100-120 нс. Частота для излучателя 20 Вт — от 20 кГц до 100 кГц у китайских излучателей и от 20 кГц до 200 кГц у российских.
                                                        • 0
                                                          Фторопласт пробовали, практически не воздействует на него данный тип излучателей с длиной волны 1064 нм.
                                                          • 0
                                                            так это же тогда хорошо для обработки фольгированного фторопласта, меньше дыма и аккуратнее края.
                                                            • 0
                                                              Наверное да, но мы не пробовали )

                                                              Печатные платы делаем на стеклотекстолите с использованием лазера, указанного в статье. Края у медного слоя отличные, а вот стеклотекстолит немного гравируется в глубину, причем неравномерно, поэтому визуально получается не очень красиво.
                                                              • 0
                                                                а отверстия делаете обычным сверлением? Лазером-то наверно неэффективно их делать, особенно если это крепежные отверстия.
                                                                • 0
                                                                  Лазером намечаем отверстия, а потом на сверлильном станке проходим все. Получается точно и быстро. А лазером очень долго режет.
                                                                • 0
                                                                  Скажите, пожалуйста, на каком режиме медь режете. Выше писал — у меня нифига не получается.
                                                                  • 0
                                                                    Выше 10 Вт уже можно резать. Обычно первые проходы на максимальной мощности, потом мощность снижаем, чтобы стеклотекстолит не сильно сжечь. Частота 20 кГц. Скорость 100-250 мм/с.
                                                          • –3
                                                            thank so much, ilike post đồng hồ giá rẻ

                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.