Hvad er laserbearbejdning af akrylplader

Når det kommer til at skære akrylplader, anses CO2-lasere generelt for at være en kraftfuld og omkostningseffektiv løsning, forudsat at de bruges til de relevante applikationer. Til opgaver, der involverer små, komplekse dele, der kræver rene, skarpe indvendige hjørner, eller til dele af praktisk talt enhver størrelse, der kræver skæretolerancer på mere end 0,005 tommer pr. fod, er laseren ofte det bedste værktøj til opgaven. En af hovedårsagerne til dette er, at laserskæring giver et meget smalt skær, normalt mellem 0,010 og 0,020 tommer. Ydermere tilbyder den en enorm fleksibilitet med hensyn til form og størrelse, og måske vigtigst af alt, så efterlader den en poleret, støvfri kant. På grund af disse faktorer er det det bedste valg for mange applikationer af høj{10}}kvalitet.

Equipment Overview

Grundlæggende fungerer CO2-lasere ved at udsende en stråle af parallelt lys. Dette lys har en specifik bølgelængde på 10,6 mikron. Det er værd at bemærke, at denne særlige bølgelængde absorberes meget godt af ikke-metalmaterialer. Når denne lysstråle, eller energi, fokuseres gennem en linse ned til et meget lille punkt, fordamper den i det væsentlige det materiale, der ligger i dens vej.

Med hensyn til maskinkonfiguration kan den fokuserede laserstråle holdes stationær over et X-Y-positioneringsbord. Alternativt kan den placeres over en stationær overflade under anvendelse af, hvad der i industrien er kendt som en "flyvende hoved"-konfiguration. For ganske enkelt at forklare opsætningen af flyvende hoveder: selve laserstrålen bevæger sig over emnet langs en eller to akser gennem et system af spejle og mekanisk positioneringsudstyr. Controllerne, pc'erne og softwaren, der bruges til at styre positioneringen af både laseren og arbejdet, ligner faktisk meget den hardware og software, der findes i andet CNC-bearbejdningsudstyr. Derfor er design til og betjening af en laserskærer virkelig ikke vanskeligere end at arbejde med enhver anden standard CNC-maskine.

Når du sætter dig op til at skære akryl med en laser, er der tre primære variabler, som du skal være bekymret over. Hver af disse vil påvirke både kvaliteten af snittet og de resulterende spændingsniveauer i materialet. Disse variabler er:

Laserens kraft.
Fremføringshastigheden.
Pulsfrekvensen.

Alle disse indstillinger kan justeres, så de passer til forskellige typer materialer, forskellige tykkelser og den ønskede finish af kanten. Til skæring af akrylplader kan en laserenhed så lille som 40 watt bruges til tykkelser op til ca. ¼ tomme. Men hvis du vil opnå en god kantkvalitet med en mindre laser som denne, skal du i det væsentlige sænke fremføringshastigheden ned til omkring 20 tommer i minuttet.

På den anden side, for tykkere ark eller hvis du har brug for hurtigere fremføringshastigheder, kræves et større lasersystem. En 180-watt laser, for eksempel, vil generelt give hurtig og økonomisk skæring til de fleste tykkelser af akrylplader, mens den kører med kun omkring 75 % effekt. Maskiner med endnu højere watt, i området fra 500 til 1000 watt, giver mulighed for meget højere tilspændingshastigheder og tillader også brug af flere skærehoveder samtidigt.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

Det observeres generelt, at forøgelse af lasereffekten ved en specifik tilførselshastighed vil resultere i en mere blank finish. Ulempen er dog, at dette også øger stressniveauet inden for arkets kant. Omvendt vil brug af en hurtigere fremføringshastighed kombineret med en hurtigere pulshastighed typisk producere en kant med lavere spænding, selvom overfladen vil være mindre blank.

Med hensyn til pulsfrekvensen (som måles i pulser per sekund, eller pps), er dette simpelthen den hastighed, hvormed laseren "fyrer". Det er vigtigt at forstå, at laserstrålen faktisk er en række små bursts, eller impulser, snarere end én kontinuerlig strøm. Du kan styre pulsfrekvensen på to hovedmåder: proportionalt med tiden eller proportionalt med tilbagelagt afstand.

Mens metoden til at gøre pulsfrekvensen proportional med tiden er mere almindelig og lettere at programmere i starten, fører denne metode ofte til brændte indvendige hjørner. Grunden til dette er, at X-Y-controlleren naturligvis tager længere tid om at navigere i et hjørne, end den gør at rejse en lige linje. Som et resultat har hjørnerne-især de indvendige-tilbøjelighed til at absorbere for meget energi, hvilket får dem til at smelte og blive over-stressede. Dette er et kritisk punkt at overveje, når du skærer-hakfølsomme materialer som akryl og polycarbonat. Indvendige hjørner er typisk svage områder, der bærer høje belastninger. Derfor bør alt muligt gøres for at minimere stress eller hak i disse zoner.

At gøre pulsfrekvensen proportional med den tilbagelagte afstand eliminerer en stor del af dette problem. Da regulatoren automatisk sænker fremføringshastigheden i hjørnerne, sænkes pulshastigheden også. Dette sikrer, at mængden af energi, der udsendes på et givet punkt langs skæringen, forbliver konstant.

Det er lige meget, hvor sofistikeret din controller er, eller hvor hurtig din tilførselshastighed er; kantspænding er noget, der altid skal overvejes i visse applikationer. Når et ark af akryl eller polycarbonat opvarmes, er der risiko for varmestress. Dette problem er mest væsentligt, når kun en del af arket opvarmes, hvilket er præcis, hvad der sker under laserskæring.

Grænsefladen mellem den ikke-opvarmede krop af arket og den hurtigt opvarmede, hurtigt afkølede kant er meget modtagelig for revner. Disse stærkt belastede områder kan strække sig ca. 0,010 til 0,050 tommer ind i arket, afhængigt af tykkelsen. Disse områder er meget tilbøjelige til at revne, hvis de kommer i kontakt med uforenelige opløsningsmidler eller udsættes for høj mekanisk belastning, såsom bøjning.

Du kan minimere dette kantspændingsproblem ved at justere tilspændingshastigheden, pulshastigheden og effekten. Brug af lavere effekt og en langsommere pulshastighed kombineret med en relativt hurtig fremføringshastighed reducerer den samlede mængde energi eller varme, der absorberes af arket. Dette reducerer til gengæld både størrelsen af spændingen og den afstand, som spændingen forplanter sig ind i arket. Man må dog acceptere, at disse forhold vil resultere i en mindre blank kantfinish. i nogle specifikke tilfælde kan det faktisk være praktisk at skrabe eller bearbejde de belastede områder helt væk.

De fleste høje-lasersystemer er udstyret med et vakuumhold-bord og en gasassistancestrøm. Flere faktorer her kan påvirke den endelige kvalitet af udskæringen: den anvendte type gas, den pågældende gass strømningshastighed og effektiviteten af vakuumbordet til at udtømme dampe. At have en god gasstrøm på tværs af snittet, kombineret med et effektivt vakuum, hjælper med at fjerne dampe, der ellers kunne beskadige emnet, forårsage små opblussen- og forkulning eller efterlade uønskede rester.

Laser Cuttable Masking

Afdækningens ydeevne er en anden vigtig overvejelse, når du vælger akrylplader til din specifikke anvendelse. Hvis maskeringen ikke klæber ordentligt, kan dele blive beskadiget eller ridset under fremstillingsprocessen, og selve processens effektivitet kan blive negativt påvirket. Omvendt, hvis maskeringen er for svær at fjerne, resulterer det i ekstra arbejdskraft og højere omkostninger. At vælge den rigtige maskering til fremstillingsprocessen er nøglen til at minimere disse problemer.

Traditionelt har papirmaskering været standardvalget til laserskæring. Fordelen her er, at den ikke smelter sammen med akrylen i kanterne af snittet. Dens stærke, ensartede vedhæftning forhindrer maskeringen i at løfte sig under håndtering og skæring, hvilket beskytter akryloverfladen mod de varme, ætsende gasser, der genereres af laseren. Imidlertid er laser-skærbar polyethylenmaskering nu også tilgængelig på akrylplader.

Til scenarier, der kræver maksimal effektivitet og output, kan en specielt formuleret let-klæbende polyethylenmaskering bruges. Denne type maskering er meget nem at fjerne fra en færdig del, men den giver stadig tilstrækkelig vedhæftning til at modstå almindelig håndtering. Selvom det sjældent er et stort problem, kan denne form for maskering løfte sig i områder, hvor laseren er i tomgang for længe på grund af dens lettere klæbende formel. Dette sker typisk i starten af et snit eller under meget snævre radiusskæringer. Du kan nemt forhindre dette løft ved at bruge en "lead-in" i starten af cuttet og ved at reducere pulsfrekvensen eller kraften, når du navigerer i snævre sving.

Hvis du har brug for en uberørt, poleret kant, er der en specialformuleret ikke-klæbende polyethylen-maskering tilgængelig. Da alle klæbende-baserede maskeringer efterlader mindst nogle rester på den afskårne kant, kan de forringe det polerede udseende en smule. Derfor anbefales en ikke-klæbende "laserskærbar" maskering til applikationer, der kræver det højeste kvalitetsudseende. Selvom denne maskering kan være lidt sværere at fjerne end den klæbende slags, giver den en kant af lidt højere kvalitet og er mere modstandsdygtig over for kantløft. Hvis der sker løft, kan du tage lignende trin som dem, der er beskrevet ovenfor.

Et andet punkt at overveje med hensyn til maskering er rynker. For at bevare arkets originale optik skal maskeringen-især på den øverste overflade- være fri for rynker. Hvis maskeringen ikke er i direkte kontakt med arket ved skærepunktet, kan varme gasser blive fanget mellem maskeringen og arket, hvilket vil ætse overfladen. Ætsning er normalt et mindre problem i bunden af arket, fordi de fleste X-Y-borde bruger et vakuumholde-system, som effektivt trækker de varme gasser væk, før de kan forårsage skade.

Ligesom ethvert stykke sofistikeret maskineri kræver laserskærere regelmæssig vedligeholdelse for at sikre optimal ydeevne. Det er god praksis at føre en fortegnelse over de effektindstillinger, der kræves for at skære en bestemt materialetykkelse ved en bestemt hastighed. Med tiden vil du sandsynligvis opdage, at effektindstillingen skal øges eller skærehastigheden skal reduceres. Dette skyldes normalt, at laseroptikken bliver snavset eller går ud af fokus. Når dette sker, forringes kvaliteten af snittet. Regelmæssig vedligeholdelse udført af en kvalificeret tekniker er afgørende for at opretholde skæreeffektivitet og kvalitet.

Selvom lasere uden tvivl er-stærke og sofistikerede værktøjer, er de ikke nødvendigvis farligere end noget andet butiksudstyr, forudsat at de er installeret og betjenes korrekt. Normalt er standard sikkerhedsbriller tilstrækkelige til øjenbeskyttelse. Det er dog afgørende at bemærke, at ikke alle standard sikkerhedsbriller er uigennemsigtige for lysbølgelængden på 10,6 mikron (hvilket betyder en optisk tæthed på 5 ved 10.600 nanometer), hvilket er almindeligt for disse lasere.

Ifølge ANSI Standard Z136.1 skal sikkerhedsbriller være tydeligt mærket med både bølgelængden og den optiske tæthedsbeskyttelsesfaktor.

Ydermere er et udstødningssystem absolut nødvendigt for at fjerne de potentielt skadelige dampe, der dannes under skæring. Afhængigt af det specifikke materiale, der behandles, kan det endda være nødvendigt at filtrere disse dampe, før de udtømmes til det ydre miljø. Som det er tilfældet med alt udstyr, er det obligatorisk at have ordentligt kendskab til betjenings- og sikkerhedsprocedurer, før du bruger et laserskæresystem.

Emissions

Der har været en række videnskabelige undersøgelser udført af forskellige forskere, der forsøger at bestemme den nøjagtige mængde og type af emissioner, der er resultatet af laserskæring af akryl. På trods af al denne indsats er det stadig umuligt at forudsige de nøjagtige-biprodukter og deres koncentrationer i emissionsgasserne med fuld sikkerhed.

Disse emissioner afhænger af en række faktorer, herunder laserparametre, behandlingsparametre, anvendte dækgasser, udstødningsmetoden og den nøjagtige kemiske sammensætning af akrylpolymeren. Derudover tager de fleste af disse undersøgelser ikke højde for virkningerne af det beskyttende papir eller polyethylenmaskering, og de tager heller ikke hensyn til den mulige påvirkning af eventuelle belægninger.

Når akryl skæres af en laser, omdannes det meste af det nedbrudte materiale tilbage til dets monomerer. i de fleste akrylplader består disse monomerer af over 90 % methylmethacrylat, mens resten er methacrylat. Det er også almindeligt for mange leverandører at anvende ethylacrylat i deres akrylformuleringer.

(Det skal bemærkes, at ethylacrylat er inkluderet af det nationale toksicitetsprogram på sin liste over stoffer, der kan forventes at være kræftfremkaldende. På samme måde opregner International Agency for Research on Cancer ethylacrylat som et sandsynligt kræftfremkaldende stof.)

Under uafhængig videnskabelig forskning udført af Heferkamp, Goede, Engel og Wittbecker fandt de ud af, at blandt de plastik, de testede, resulterede akryl faktisk i den laveste aerosolgeneration (<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

Andre forskere, specifikt Troughton, Sims, Ellwood og Taylor, fandt ud af, at der ud over methylmethacrylatmonomer var små mængder toluen, methy-2-methyl-3-pentenoat, xylen, trimethylbenzen og alkaner. Interessant nok fandt de ingen PAH'er (polycykliske aromatiske carbonhydrider), hvilket var i modsætning til tidligere fund af Ball, Kulik og Tan.

Det anbefales at installere tilstrækkeligt ventilationsudstyr for at sikre, at medarbejdereksponering forbliver under regulerede niveauer. Desuden bør der tages hensyn til miljøbestemmelser, hvis du udstøder gasser udenfor. Producenter af laserskæreudstyr er normalt i stand til at give vejledning om, hvordan man korrekt opsamler og håndterer laseremissioner.