Hva er laserbearbeiding av akrylplater

Når det gjelder kutting av akrylplater, anses CO2-lasere generelt for å være en kraftig og kostnadseffektiv-løsning, forutsatt at de brukes til riktig bruk. For oppgaver som involverer små, komplekse deler som krever rene, skarpe innvendige hjørner, eller for deler av praktisk talt alle størrelser som krever kuttetoleranser strammere enn 0,005 tommer per fot, er laseren ofte det beste verktøyet for jobben. En av hovedårsakene til dette er at laserskjæring gir et veldig smalt snitt, vanligvis mellom 0,010 og 0,020 tommer. Dessuten tilbyr den en enorm fleksibilitet med hensyn til form og størrelse, og kanskje viktigst av alt, etterlater den en polert, støvfri kant. På grunn av disse faktorene er det det beste valget for mange applikasjoner av høy{10}}kvalitet.

Equipment Overview

I utgangspunktet fungerer CO2-lasere ved å sende ut en stråle med parallelt lys. Dette lyset har en spesifikk bølgelengde på 10,6 mikron. Det er verdt å merke seg at denne spesielle bølgelengden absorberes veldig godt av ikke-metallmaterialer. Når denne lysstrålen, eller energien, fokuseres gjennom en linse ned til et veldig lite punkt, fordamper den i hovedsak materialet som ligger i dens vei.

Når det gjelder maskinkonfigurasjon, kan den fokuserte laserstrålen holdes stasjonær over et X-Y-posisjoneringsbord. Alternativt kan den plasseres over en stasjonær overflate ved å bruke det som i industrien er kjent som en "flyvende hode"-konfigurasjon. For å forklare det flygende hodeoppsettet enkelt: selve laserstrålen beveger seg over arbeidsstykket langs en eller to akser gjennom et system av speil og mekanisk posisjoneringsutstyr. Kontrollerne, PC-ene og programvaren som brukes til å administrere posisjoneringen av både laseren og arbeidet er faktisk veldig lik maskinvaren og programvaren som finnes i annet CNC-maskinutstyr. Derfor er det egentlig ikke vanskeligere å designe og bruke en laserskjærer enn å jobbe med en hvilken som helst annen standard CNC-maskin.

Når du setter opp for å kutte akryl med laser, er det tre primære variabler du må være opptatt av. Hver av disse vil påvirke både kvaliteten på kuttet og de resulterende spenningsnivåene i materialet. Disse variablene er:

Kraften til laseren.
Matehastigheten.
Pulsfrekvensen.

Alle disse innstillingene kan justeres for å imøtekomme forskjellige typer materialer, forskjellige tykkelser og ønsket finish på kanten. For å kutte akrylplater kan en laserenhet så liten som 40 watt brukes for tykkelser opp til omtrent ¼ tomme. Men hvis du ønsker å oppnå god kantkvalitet med en mindre laser som denne, må du i hovedsak senke matehastigheten ned til omtrent 20 tommer per minutt.

På den annen side, for tykkere ark eller hvis du trenger raskere matehastigheter, kreves et større lasersystem. En 180-watts laser, for eksempel, vil generelt gi rask og økonomisk skjæring for de fleste tykkelser av akrylplater mens den kjører på bare ca. 75 % effekt. Maskiner med enda høyere effekt, i området 500 til 1000 watt, tillater mye høyere matehastigheter og tillater også bruk av flere skjærehoder samtidig.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

Det er generelt observert at økning av lasereffekten ved en bestemt matehastighet vil resultere i en blankere finish. Ulempen er imidlertid at dette også øker spenningsnivået innenfor arkets kant. Omvendt vil bruk av en raskere matehastighet kombinert med en raskere pulsfrekvens typisk produsere en kant med lavere spenning, selv om overflaten vil være mindre blank.

Når det gjelder pulsfrekvensen (som måles i pulser per sekund, eller pps), er dette ganske enkelt frekvensen som laseren "fyrer". Det er viktig å forstå at laserstrålen faktisk er en serie med små utbrudd, eller pulser, snarere enn én kontinuerlig strøm. Du kan kontrollere pulsfrekvensen på to hovedmåter: proporsjonalt med tiden, eller proporsjonalt med tilbakelagt distanse.

Mens metoden for å gjøre pulsen proporsjonal med tiden er mer vanlig og lettere å programmere i starten, fører denne metoden ofte til brente innvendige hjørner. Grunnen til dette er at X-Y-kontrolleren naturlig bruker lengre tid på å navigere i et hjørne enn å kjøre en rett linje. Som et resultat har hjørnene,-spesielt de innvendige-en tendens til å absorbere for mye energi, noe som får dem til å smelte og bli over-stresset. Dette er et kritisk punkt å vurdere når du skjærer hakk-sensitive materialer som akryl og polykarbonat. Innvendige hjørner er vanligvis svake områder som tåler høy belastning. Derfor bør alt mulig gjøres for å minimere stress eller hakk i disse sonene.

Å gjøre pulsen proporsjonal med den tilbakelagte distansen eliminerer en stor del av dette problemet. Ettersom kontrolleren automatisk reduserer matehastigheten i hjørnene, reduseres også pulshastigheten. Dette sikrer at mengden energi som sendes ut på et gitt punkt langs kuttet forblir konstant.

Det spiller ingen rolle hvor sofistikert kontrolleren din er eller hvor høy matehastigheten er; kantstress er noe som alltid må vurderes i visse applikasjoner. Når et ark av akryl eller polykarbonat varmes opp, eksisterer potensialet for varmestress. Dette problemet er mest betydelig når bare en del av arket varmes opp, noe som er nøyaktig hva som skjer under laserskjæring.

Grensesnittet mellom den ikke-oppvarmede delen av arket og den raskt oppvarmede, raskt avkjølte kanten er svært utsatt for krakelering. Disse svært belastede områdene kan strekke seg omtrent 0,010 til 0,050 tommer inn i arket, avhengig av tykkelsen. Disse områdene er svært utsatt for krakelering hvis de kommer i kontakt med inkompatible løsemidler eller utsettes for høy mekanisk påkjenning, for eksempel bøying.

Du kan minimere dette kantspenningsproblemet ved å justere matehastigheten, pulshastigheten og kraften. Ved å bruke lavere effekt og en langsommere pulshastighet, kombinert med en relativt høy matehastighet, reduseres den totale mengden energi eller varme som absorberes av arket. Dette reduserer i sin tur både størrelsen på spenningen og avstanden som spenningen forplanter seg inn i arket. Man må imidlertid akseptere at disse forholdene vil resultere i en mindre blank kantfinish. i noen spesifikke tilfeller kan det faktisk være praktisk å skrape eller maskinere bort de belastede områdene helt.

De fleste høye-lasersystemer er utstyrt med et vakuumhold-nedbord og en gassassistansestrøm. Flere faktorer her kan påvirke den endelige kvaliteten på kuttet: typen gass som brukes, strømningshastigheten til den gassen, og effektiviteten til vakuumbordet når det gjelder uttømming av damper. Å ha god gassstrøm over skjæringen, kombinert med et effektivt vakuum, hjelper til med å fjerne damper som ellers kan skade arbeidsstykket, forårsake små oppblussing- og forkulling, eller etterlate uønskede rester.

Laser Cuttable Masking

Ytelsen til maskeringen er en annen viktig faktor når du velger akrylplate for din spesifikke applikasjon. Hvis maskeringen ikke fester seg ordentlig, kan deler bli skadet eller ripet opp under fabrikasjonsprosessen, og effektiviteten til selve prosessen kan bli negativt påvirket. Omvendt, hvis maskeringen er for vanskelig å fjerne, resulterer det i ekstra arbeid og høyere kostnader. Å velge riktig maskering for fabrikasjonsprosessen er nøkkelen til å minimere disse problemene.

Tradisjonelt har papirmaskering vært standardvalget for laserskjæring. Fordelen her er at den ikke smelter sammen med akrylen i kantene av kuttet. Dens sterke, konsekvente vedheft hindrer maskeringen i å løfte seg under håndtering og skjæring, noe som beskytter akryloverflaten mot de varme, korrosive gassene som genereres av laseren. Imidlertid er laser-skjærbar polyetylenmaskering nå også tilgjengelig på akrylplater.

For scenarier som krever maksimal effektivitet og ytelse, kan en spesialformulert lett-klebende polyetylenmaskering brukes. Denne typen maskering er veldig enkel å fjerne fra en ferdig del, men den gir fortsatt nok vedheft til å tåle vanlig håndtering. Selv om det sjelden er et stort problem, kan denne typen maskering løfte seg i områder der laseren går for lenge på tomgang, på grunn av den lettere limformelen. Dette skjer vanligvis ved starten av et kutt eller under kutt med veldig snævre radius. Du kan enkelt forhindre dette løftet ved å bruke en «lead-in» ved starten av kuttet og ved å redusere pulsfrekvensen eller kraften når du navigerer i trange svinger.

Hvis du trenger en uberørt, polert kant, er det en spesialformulert ikke-{0}}klebende polyetylenmaskering tilgjengelig. Siden alle limbaserte-maskeringer etterlater i det minste noen rester på den kuttede kanten, kan de redusere det polerte utseendet litt. Derfor, for applikasjoner som krever utseende av høyeste kvalitet, anbefales en ikke-klebende "laserskjærbar" maskering. Selv om denne maskeringen kan være litt vanskeligere å fjerne enn den selvklebende typen, gir den en kant av litt høyere kvalitet og er mer motstandsdyktig mot kantløft. Hvis løfting skjer, kan du ta lignende skritt som beskrevet ovenfor.

Et annet poeng å vurdere angående maskering er rynker. For å opprettholde den originale optikken til arket, må maskeringen-spesielt på den øvre overflaten- være fri for rynker. Hvis maskeringen ikke er i direkte kontakt med arket ved skjærepunktet, kan varme gasser bli fanget mellom maskeringen og arket, som vil etse overflaten. Etsing er vanligvis et mindre problem på bunnen av arket fordi de fleste X-Y-tabeller bruker et vakuumhold-system, som effektivt trekker de varme gassene bort før de kan forårsake skade.

Akkurat som ethvert sofistikert maskineri krever laserskjærere regelmessig vedlikehold for å sikre optimal ytelse. Det er god praksis å holde oversikt over kraftinnstillingene som kreves for å kutte en bestemt tykkelse av materiale med en bestemt hastighet. Over tid vil du sannsynligvis finne at kraftinnstillingen må økes eller skjærehastigheten må reduseres. Dette skyldes vanligvis at laseroptikken blir skitten eller går ut av fokus. Når dette skjer, vil kvaliteten på kuttet forringes. Regelmessig vedlikehold utført av en kvalifisert tekniker er avgjørende for å opprettholde kutteeffektivitet og kvalitet.

Selv om lasere utvilsomt er-sterke og sofistikerte verktøy, er de ikke nødvendigvis farligere enn noe annet butikkutstyr, forutsatt at de er installert og betjent på riktig måte. Vanligvis er standard vernebriller tilstrekkelig for øyebeskyttelse. Det er imidlertid viktig å merke seg at ikke alle standard vernebriller er ugjennomsiktige for lysbølgelengden på 10,6 mikron (som betyr en optisk tetthet på 5 ved 10 600 nanometer), som er vanlig for disse laserne.

I henhold til ANSI Standard Z136.1 må vernebriller være tydelig merket med både bølgelengden og beskyttelsesfaktoren for optisk tetthet.

Videre er et eksosanlegg helt nødvendig for å fjerne de potensielt skadelige dampene som produseres under kutting. Avhengig av det spesifikke materialet som behandles, kan det til og med være nødvendig å filtrere disse dampene før de slippes ut til det ytre miljøet. Som tilfellet er med alt utstyr, er det obligatorisk å ha god kunnskap om drifts- og sikkerhetsprosedyrer før du bruker et laserskjæresystem.

Emissions

Det har vært en rekke vitenskapelige undersøkelser utført av forskjellige forskere som forsøker å bestemme den nøyaktige mengden og typen utslipp som skyldes laserskjæring av akryl. Til tross for all denne innsatsen er det fortsatt umulig å forutsi de nøyaktige-biproduktene og deres konsentrasjoner i utslippsgassene med total sikkerhet.

Disse utslippene avhenger av en rekke faktorer, inkludert laserparametere, prosessparametere, dekkgasser som brukes, eksosmetoden og den nøyaktige kjemiske sammensetningen av akrylpolymeren. I tillegg tar de fleste av disse studiene ikke i betraktning effektene av det beskyttende papiret eller polyetylenmaskeringen, og de tar heller ikke hensyn til den mulige virkningen av belegg.

Når akryl kuttes av en laser, omdannes mesteparten av det dekomponerte materialet tilbake til dets monomerer. i de fleste akrylplater består disse monomerene av over 90 % metylmetakrylat, mens resten er metakrylat. Det er også vanlig at mange leverandører bruker etylakrylat i sine akrylformuleringer.

(Det bør bemerkes at etylakrylat er inkludert av National Toxicity Program i sin liste over stoffer som kan forventes å være kreftfremkallende. Tilsvarende lister International Agency for Research on Cancer etylakrylat som et sannsynlig kreftfremkallende.)

Under uavhengig vitenskapelig forskning utført av Heferkamp, Goede, Engel og Wittbecker, fant de at blant plastene de testet, resulterte akryl faktisk i den laveste aerosolgenerasjonen (<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

Andre forskere, spesielt Troughton, Sims, Ellwood og Taylor, fant at i tillegg til metylmetakrylatmonomer, var det små mengder toluen, metyl-2-metyl-3-pentenoat, xylen, trimetylbenzen og alkaner. Interessant nok fant de ingen PAH (polysykliske aromatiske hydrokarboner), noe som var i motsetning til tidligere funn av Ball, Kulik og Tan.

Det anbefales å installere tilstrekkelig ventilasjonsutstyr for å sikre at ansattes eksponering forblir under regulerte nivåer. Videre bør det tas hensyn til miljøbestemmelser dersom du avtrekker gasser ute. Produsenter av laserskjæreutstyr er vanligvis i stand til å gi veiledning om hvordan de skal samle og håndtere laserutslipp på riktig måte.