Scurta introducere in domeniul aparatelor laser cu comanda numerica (CNC)
Posted: Wed Apr 19, 2023 11:16 pm
Pentru ca exista intrebari care se repeta des in domeniul laserelor CNC de catre incepatori sau amatori interesati de domeniu, mi-am propus sa scriu acest material cu scopul de a lamuri niste aspecte de baza.
Laserele se impart in cateva categorii dupa sursa de emisie a radiatiei laser:
Le luam pe rand:
Laserele CO2 au ca sursa un tub etans umplut cu dioxid de carbon si care are in capete un anod si un catod. Acestui tub i se aplica un curent electric cu tensiune foarte mare, de ordinul zecilor de mii de volti si cu intensitate mica, de ordinul miliamperilor; astfel in tub se produce radiatia laser care este focalizata printr-o lentila aflata intr-un capat al tubului. Lungimea de unda rezultata este de 10600nm, si asta o face potrivita pentru taierea sau gravarea unei game largi de materiale, in special din cele combustibile, cum ar fi lemn si derivate din lemn, piele, materiale plastice, dar in anumite cazuri chiar si metale.
Laserele Nd (neodymium) se impart la randul lor in mai multe subcategorii, dar cea mai cunoscuta este YAG - neodymium-doped yttrium aluminum garnet. Acestea sunt lasere pe patru nivele cu sursa solida in care elementul sub forma de bara din neodymium este excitat de un tub flash cu Krypton si produce o radiatie laser de 1,064nm. Aceste lasere au multe aplicatii in domeniul medical dar si in inginerie si industrie pentru microsudura, marcare metale etc. Au dezavantajul ca sursa laser este foarte complicata si implicit costisitoare.
Laserele fiber au ca sursa niste diode care emit lumina intr-o anumita frecventa, iar aceasta este apoi amplificata prin fibra optica imbogatita cu pamanturi rare, in special erbiu si ytterbiu. Aceste lasere sunt folosite in special pentru taierea si / sau marcarea metalelor.
In sfarsit laserele cu dioda sunt similare cu cele din categoria laserelor fiber descrise mai sus, sursa lor fiind tot o dioda, insa amplificarea se face printr-o lentila optica, lungimea de unda rezultata fiind, in general, in intervalul 350-550nm. Din punct de vedere comercial acestea sunt miniaturale ca dimensiuni, ieftin de produs, utilizeaza curent electric slab (12-24v) si se preteaza la gravura pe lemn si diferite materiale plastice, piele etc.
Mai departe o sa incerc sa fac o clasificare dupa tipul de materiale prelucrate si aplicabilitate practica din punct de vedere financiar a laserelor care se gasesc in comert.
1. La nivel hobby/de baza se afla laserele cu dioda. Acestea pornesc de la preturi de zeci de euro si ajung la cateva sute de euro, la momentul scrierii acestui material. Puterea lor incepe de la 1-2wati si merge pana la peste 100w (declarati de producator). Trebuie mentionat ca informatiile oferite de producatorii chinezi ar trebui tratate uneori cu scepticism. Unii producatori dau ca referinta puterea consumata, sa zicem 20 wati, in timp ce puterea laser reala cu greu ajunge la o treime din aceasta valoare. Cu puteri de pana in 20w acest tip de laser se preteaza la gravuri pe lemn, carton, hartie, piele etc, insa viteza lui de lucru este mica. Cu puteri de peste 20w, aparatele laser cu dioda deja incep sa poata taia carton, lemn si placaj. Este important sa aiba si un sistem de "air assist" - practic o duza care sufla aer cu presiune pentru a inlatura reziduurile rezultate din ardere, eficientizand taierea.
2. Nivelul urmator este dat de laserele CO2, dar aici discutia este mai lunga. Producatorii chinezi au reusit sa puna pe piata lasere cu tub CO2, cu dimensiuni de lucru - 300x400mm - si puteri destul de mici -30-40w - la preturi de cateva sute de euro. Ca principiu general in comert si aici functioneaza celebrul "cat dai atata face". Nu poti sa iei un aparat cu o mecanica fina menita sa dea miscari de precizie si repetabilitate buna, comandat numeric de un computer (CNC), cu un sistem de taiere optic cu LASER de inalta tehnologie si sa dai pe el cat pe o bormasina. Ca vei fi dezamagit. Asadar nici nu voi intra mult in detaliile tehnice, dar e important de stiut ca un utilaj laser CO2 care sa poata face productie in mod real costa cateva mii de euro. Utilizarea cea mai frecventa, care foloseste puteri intre 80 si 200w, este pentru productie publicitara (taiere acril) si decupare/gravare pe placaj/lemn/mdf. Exista si lasere CO2 de format mare, cu puteri foarte mari, de ordinul kilowatilor, care sunt folosite pentru taiat metale. Insa aceasta tehnologie este din anii '90 ai secolului trecut, este usor perimata si usor usor este inlocuita de tehnologia fiber laser, discutata mai jos.
3. Categoria cea mai scumpa, cu preturi care incep de la cateva zeci de mii de euro este a laserelor fiber. Acestea sunt destinate indeosebi taierii metalelor. Sursele au puteri intre cateva sute de wati si cativa kilowati, acest lucru dand si masura grosimii de material ce poate fi taiata. Ca exemplu ilustrativ, un laser fiber de 2000W ar putea taia pana la 15-16mm grosime otel carbon sau 8mm inox sau 3-4mm aluminiu si alama, iar progresia nu e chiar liniara - adica un laser de 20.000W nu va taia un material de 10 ori mai gros cat cel de 2000W.
3b. Exista si o subcategorie care merita mentionata, laserele fiber cu cap galvo pentru marcat metale. Acestea au surse cu putere mai mica (20-100w) si pot [in anumite conditii] sa taie metale subtiri sau pot grava pe suprafata acestora.
Imi propun, pe viitor, sa dezvolt in cateva articole fiecare categorie cu detalii practice despre un anumit tip de laser, cu costuri, utilizare si sfaturi practice.
Laserele se impart in cateva categorii dupa sursa de emisie a radiatiei laser:
- Laser CO2
- Laser Nd (neodymium)
- Laser Fiber
- Dioda laser
Le luam pe rand:
Laserele CO2 au ca sursa un tub etans umplut cu dioxid de carbon si care are in capete un anod si un catod. Acestui tub i se aplica un curent electric cu tensiune foarte mare, de ordinul zecilor de mii de volti si cu intensitate mica, de ordinul miliamperilor; astfel in tub se produce radiatia laser care este focalizata printr-o lentila aflata intr-un capat al tubului. Lungimea de unda rezultata este de 10600nm, si asta o face potrivita pentru taierea sau gravarea unei game largi de materiale, in special din cele combustibile, cum ar fi lemn si derivate din lemn, piele, materiale plastice, dar in anumite cazuri chiar si metale.
Laserele Nd (neodymium) se impart la randul lor in mai multe subcategorii, dar cea mai cunoscuta este YAG - neodymium-doped yttrium aluminum garnet. Acestea sunt lasere pe patru nivele cu sursa solida in care elementul sub forma de bara din neodymium este excitat de un tub flash cu Krypton si produce o radiatie laser de 1,064nm. Aceste lasere au multe aplicatii in domeniul medical dar si in inginerie si industrie pentru microsudura, marcare metale etc. Au dezavantajul ca sursa laser este foarte complicata si implicit costisitoare.
Laserele fiber au ca sursa niste diode care emit lumina intr-o anumita frecventa, iar aceasta este apoi amplificata prin fibra optica imbogatita cu pamanturi rare, in special erbiu si ytterbiu. Aceste lasere sunt folosite in special pentru taierea si / sau marcarea metalelor.
In sfarsit laserele cu dioda sunt similare cu cele din categoria laserelor fiber descrise mai sus, sursa lor fiind tot o dioda, insa amplificarea se face printr-o lentila optica, lungimea de unda rezultata fiind, in general, in intervalul 350-550nm. Din punct de vedere comercial acestea sunt miniaturale ca dimensiuni, ieftin de produs, utilizeaza curent electric slab (12-24v) si se preteaza la gravura pe lemn si diferite materiale plastice, piele etc.
Mai departe o sa incerc sa fac o clasificare dupa tipul de materiale prelucrate si aplicabilitate practica din punct de vedere financiar a laserelor care se gasesc in comert.
1. La nivel hobby/de baza se afla laserele cu dioda. Acestea pornesc de la preturi de zeci de euro si ajung la cateva sute de euro, la momentul scrierii acestui material. Puterea lor incepe de la 1-2wati si merge pana la peste 100w (declarati de producator). Trebuie mentionat ca informatiile oferite de producatorii chinezi ar trebui tratate uneori cu scepticism. Unii producatori dau ca referinta puterea consumata, sa zicem 20 wati, in timp ce puterea laser reala cu greu ajunge la o treime din aceasta valoare. Cu puteri de pana in 20w acest tip de laser se preteaza la gravuri pe lemn, carton, hartie, piele etc, insa viteza lui de lucru este mica. Cu puteri de peste 20w, aparatele laser cu dioda deja incep sa poata taia carton, lemn si placaj. Este important sa aiba si un sistem de "air assist" - practic o duza care sufla aer cu presiune pentru a inlatura reziduurile rezultate din ardere, eficientizand taierea.
2. Nivelul urmator este dat de laserele CO2, dar aici discutia este mai lunga. Producatorii chinezi au reusit sa puna pe piata lasere cu tub CO2, cu dimensiuni de lucru - 300x400mm - si puteri destul de mici -30-40w - la preturi de cateva sute de euro. Ca principiu general in comert si aici functioneaza celebrul "cat dai atata face". Nu poti sa iei un aparat cu o mecanica fina menita sa dea miscari de precizie si repetabilitate buna, comandat numeric de un computer (CNC), cu un sistem de taiere optic cu LASER de inalta tehnologie si sa dai pe el cat pe o bormasina. Ca vei fi dezamagit. Asadar nici nu voi intra mult in detaliile tehnice, dar e important de stiut ca un utilaj laser CO2 care sa poata face productie in mod real costa cateva mii de euro. Utilizarea cea mai frecventa, care foloseste puteri intre 80 si 200w, este pentru productie publicitara (taiere acril) si decupare/gravare pe placaj/lemn/mdf. Exista si lasere CO2 de format mare, cu puteri foarte mari, de ordinul kilowatilor, care sunt folosite pentru taiat metale. Insa aceasta tehnologie este din anii '90 ai secolului trecut, este usor perimata si usor usor este inlocuita de tehnologia fiber laser, discutata mai jos.
3. Categoria cea mai scumpa, cu preturi care incep de la cateva zeci de mii de euro este a laserelor fiber. Acestea sunt destinate indeosebi taierii metalelor. Sursele au puteri intre cateva sute de wati si cativa kilowati, acest lucru dand si masura grosimii de material ce poate fi taiata. Ca exemplu ilustrativ, un laser fiber de 2000W ar putea taia pana la 15-16mm grosime otel carbon sau 8mm inox sau 3-4mm aluminiu si alama, iar progresia nu e chiar liniara - adica un laser de 20.000W nu va taia un material de 10 ori mai gros cat cel de 2000W.
3b. Exista si o subcategorie care merita mentionata, laserele fiber cu cap galvo pentru marcat metale. Acestea au surse cu putere mai mica (20-100w) si pot [in anumite conditii] sa taie metale subtiri sau pot grava pe suprafata acestora.
Imi propun, pe viitor, sa dezvolt in cateva articole fiecare categorie cu detalii practice despre un anumit tip de laser, cu costuri, utilizare si sfaturi practice.