Laserowa obróbka tworzyw sztucznych – poradnik

Laserowa obróbka tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne to materiały tanie, lekkie i proste w produkcji, odporne na korozję, jak również łatwe do formowania w dowolne kształty. Na linii produkcyjnej komponentów z tworzyw sztucznych technika laserowa – dzięki łatwości automatyzacji procesu – przychodzi ze swoimi rozwiązaniami jako opłacalna ekonomicznie alternatywa dla tradycyjnego cięcia, grawerowania, sklejania lub zgrzewania. Różnorodność źródeł laserowych i wspomniana łatwość automatyzacji tego procesu sprawiły, że laser stał się integralną częścią rynku obróbki tworzyw sztucznych, a sama obróbka CNC tworzyw sztucznych – jedną z najchętniej zamawianych usług.

Gdzie mogą znaleźć zastosowanie obrobione laserowo tworzywa sztuczne?

Branży, w jakich znajdą zastosowanie obrobione laserowo tworzywa sztuczne jest tak naprawdę bez liku. Jednym z głównych rynków zbytu dla systemów laserowych są producenci wyświetlaczy, etykiet, liternictwa, firmy tnące folie sztuczne, przemysł motoryzacyjny, panele do użytku domowego, folie klawiatur, pluszowe tkaniny w przemyśle zabawkowym. Obróbka plastiku to szereg rozmaitych działań, obszarów, dziedzin i gałęzi.

Laserowa obróbka tworzyw sztucznych – inne przykłady:

Wydajne przetwarzanie tworzyw sztucznych można uzyskać przy użyciu lasera CO2:

Laserowa obróbka tworzyw sztucznych – rodzaje

Laserowa obróbka tworzyw sztucznych to przede wszystkim: cięcie, spawanie, znakowanie (w tym: grawerowanie).

A) Cięcie tworzyw sztucznych technologią laserową przynosi wiele korzyści i jest metodą tańszą i bardziej ekonomiczną w porównaniu do tradycyjnych technik rozdzielania detali. Do głównych cech laserowego cięcia tworzyw sztucznych zaliczamy:

Wśród cięcia tworzyw sztucznych wyróżniamy między innymi: cięcie poliwęglanu laserem, cięcie folii laserem, cięcie gumy laserem (np. wycinanie uszczelek), wycinanie laserem HIPS, cięcie laserem dibondu.

B) Przy łączeniu tworzyw sztucznych metodą konwencjonalną jest – niedoskonałe, bo nie zawsze estetyczne oraz wymagające stosowania dodatkowych materiałów – klejenie. Lepszym rozwiązaniem jest z całą pewnością nowoczesna technika laserowa, umożliwiająca precyzyjne spawanie laserowe, podczas którego skoncentrowana wiązka energii powoduje nadtopienie krawędzi obu elementów, a roztopiony materiał tworzy trwałe połączenie między materiałami. Strefa wpływu ciepła jest na tyle mała, że nie następuje zmniejszenie wytrzymałości obu części. Jest również technika polegająca na spawaniu tworzyw nałożonych na siebie dzięki wykorzystaniu zjawiska transparentności materiału. Ognisko ustawia się w miejscu styku obu elementów, a doprowadzona energia sprawia, że nadtopieniu ulega tylko substancja nieprzepuszczająca promieniowania laserowego. Spoina powstaje w precyzyjny i szybki sposób, gwarantując dobrą wytrzymałość i wysoką szczelność połączenia.

C) Znakowanie laserowe tworzyw sztucznych w głównej mierze polega na odbarwieniu powierzchni elementu. Polimery o ciemnych kolorach obrabia się poprzez spienianie (materiał bazowy ulega częściowemu roztopieniu oraz zgazowaniu, powstałe pęcherzyki gazu tkwią na powierzchni zastygłej substancji, rozpraszając padające światło). Tworzywa o jasnej barwie są poddawane grawerowaniu (usuwane są kolejne warstwy materiału, a powstałe napisy są odporne na zużycie ścierne). Znakowanie za pomocą lasera to szybka, dokładna i powtarzalna metoda, pozwalająca nanosić na element dowolne symbole i znaki, niezależnie od kształtu powierzchni. Przy zastosowaniu odpowiednio szerokiej gamy produktów oraz wiązki o odpowiedniej długości fal, możliwe jest znakowanie praktycznie dowolnego tworzywa sztucznego.

Zalety laserowego znakowania:

Dzięki ogromnym możliwościom techniki laserowej, krótkiemu czasowi dostosowywania ustawień i dużej elastyczności narzędzi, obrabianie tworzyw sztucznych jest nie tylko pracą ciekawą, ale również korzystną i opłacalną.

Funkcje i zalety technologii laserowej w obróbce tworzyw sztucznych

Jak wiadomo, laserowa obróbka tworzyw sztucznych ma wiele zalet. Do najważniejszych z nich należą:

Wadą jest przede wszystkim wysoki koszt inwestycyjny.

Rodzaje tworzyw sztucznych odpowiednie do obróbki laserowej

Do laserowej obróbki tworzyw sztucznych nadają się następujące tworzywa:

Rodzaje materiałów NIENADAJĄCE SIĘ do obróbki laserowej

Przy obrabianiu laserowo poniższych tworzyw mogą powstać gazy trujące dla człowieka:

Przy obróbce tych tworzyw sztucznych sprawdzą się mechaniczne grawerki lub plotery do cięcia.

Obróbka laserowa akrylu

Jednym z tworzyw sztucznych chętnie i powszechnie stosowanym w obróbce laserowej jest akryl, znany również pod wieloma innymi nazwami, jak: szkło akrylowe, szkło organiczne, PMMA, polymethyl methacrylate, potocznie plexiglas, pleksi, plexi, metaplex, żargonowo pleksa. Nazwy handlowe stosowane przez producentów to: Akrylon, Altuglas®, Limacryl®, Oroglas, P-Plex, PerClax, Perspex®, Plexpol, Setacryl®, Acrylite®, Setapan®, Lucryl®, Deglas®, Friacryl®, Hesa-Glas®, Resarit®, Satin Glass®, Setasand®, Setaletter®, Plexiglast® resist, CRYLON®, CRYLUX™.

Jeśli i Ty jesteś entuzjastą stosowania akrylu (zwanego też plexi/pleksi) i z racji swoich obowiązków dość często wbijasz w wyszukiwarkę któreś z haseł, jakie za chwilę wymienimy, na pewno dalsza część artykułu powinna być dla Ciebie interesująca i przydatna. Czytaj zatem dalej…

Jak się okazuje, jednymi z najczęściej wyszukiwanych zwrotów – dotyczących laserowej obróbki akrylu – są: „obróbka plexi”, „cięcie plexi”, „cięcie pleksi”, „ciecie pleksi”, „cięcie plexi laserem”, „cięcie pleksi laserem”, „cięcie laserem plexi”, „cięcie laserem pleksi”, „cięcie laserowe plexi”, „cięcie laserowe pleksi”, „laserowe cięcie plexi”, „laserowe cięcie pleksi”, „wycinanie plexi”, „wycinanie pleksi”, „wycinanie w plexi”, „wycinanie w pleksi”, „wycinanie z plexi”, „wycinanie z pleksi”, „wycinanie laserowe plexi”, „wycinanie plexi na wymiar”, „cięcie plexi na wymiar”, „docinanie plexi”, „docinanie plexi na wymiar”, „grawerowanie plexi”.

Pleksi należy do rodziny tworzyw termoplastycznych. Jest to materiał tak często i entuzjastycznie stosowany przez producentów, że należy mu się chwila uwagi i oddzielny opis.

Głównym składnikiem tego tworzywa jest poli(metakrylan metylu). Niektóre rodzaje zawierają też pewne ilości innych poliakrylowych polimerów i kopolimerów. Jest on przezroczysty, sztywny i odporny na promienie UV. Jego zaletą jest na pewno stosunkowo niska temperatura depolimeryzacji, co wiąże się z łatwym recyklingiem, z kolei wadą – niewielka twardość, przez co powierzchnia płyt łatwo ulega zarysowaniu, szczególnie widocznemu w przypadku wykończenia na połysk.

Rodzaje płyt akrylowych

Istnieją dwie metody produkcji akrylu: odlewanie (GS) i wytłaczanie (XT). Obie poddają się dobrze obróbce, jednakże z uwagi na odrębne właściwości, pod wpływem wiązki lasera zachowują się inaczej.

Akryl wylewany zazwyczaj postrzegany jest jako jakościowo lepszy. Proces jego produkcji jest bardziej kosztowny, toteż jego cena końcowa jest wyższa niż w przypadku akrylu wytłaczanego. Powstaje, gdy płynny akryl wlewany jest do form o różnych rozmiarach i kształtach. Jest jednolitym materiałem, wolnym od naprężeń, z jednakowymi właściwościami we wszystkich kierunkach. Rezultatem cięcia laserowego pleksy wylewanej są gładkie, polerowane, zatopione krawędzie bez ostrych brzegów. Wadą jest dużo większa tolerancja grubości płyty niż w przypadku akrylu ekstrudowanego oraz mniejsza gama kolorów i grubości. Dobrze poddaje się laserowemu grawerowaniu – grawerunki są idealnie białe, a powierzchnie uzyskują efekt mrożonego szkła. Akryl odlewany wykorzystywany jest do produkcji większości dostępnych na rynku nagród.

Wytłaczanie akrylu polega na ekstruzji, czyli wyciskaniu masy przez dyszę o wybranej grubości. Otrzymujemy w ten sposób materiał niejednolity, o licznych naprężeniach wewnętrznych (mających wpływ na jego zachowanie się podczas obróbki i dalszego użytkowania) i właściwościach mogących się zmieniać zależnie od kierunku cięcia. Ma również niższą tolerancję grubości (w granicach ±5%), doskonale więc sprawdza się w zastosowaniach mających podłączenie elektryczne. Efektem laserowego cięcia są gładkie, polerowane krawędzie, niestety często występują tu też ostre występy pomiędzy krawędzią cięcia a powierzchnią materiału. Pleksa wytłaczana przy większym naprężeniu ma skłonność do pękania w miejscach cięcia laserowego. Jest tańsza, dlatego często stosowana jest w produkcji masowej. Z uwagi na niższy punkt topnienia nie potrzebuje tak dużej mocy lasera, jak akryl lany, przy tej samej grubości płyty. Trudno się ją graweruje laserem, a rezultaty takiej obróbki są matowo szare.

Konfiguracja urządzenia przy obróbce pleksi

Przy odpowiednim oprogramowaniu i ustawieniu maszyny możliwe jest uzyskanie optymalnych rezultatów, niewymagających żadnych poprawek.

Potrzebna moc lasera uzależniona jest od grubości materiału i oczekiwanej wydajności pracy maszyny. Im wyższa, tym szybszy i wydajniejszy jest proces cięcia. Aby praca była efektywna, należy użyć mocy przynajmniej 60 W. Zasada jest taka: na 1 mm grubości (przy grubości do 20-25 mm) najlepszą jakość daje 10 watów mocy lasera.

Niezwykle istotną sprawą jest wybór odpowiedniej soczewki. Im materiał jest grubszy, tym dłuższa powinna być ogniskowa soczewki. Z reguły wykorzystuje się soczewkę 2,5″, przy grubszych materiałach – 4″ lub 5″. W przypadku materiałów o grubości powyżej 8 mm pomocne jest ogniskowanie wiązki lasera nie na powierzchni, lecz wewnątrz materiału – z reguły około 1/3 grubości materiału poniżej jego powierzchni. Pomoże to uzyskać równe, jednolite cięcie.

Żeby chronić soczewkę, a jednocześnie uzyskać optymalną jakość cięcia, należy stosować dysze o dużej średnicy. Przy stosowaniu dyszy o małej średnicy lub silnego nadmuchu, istnieje ryzyko matowienia krawędzi cięcia. Wskutek zbyt szybkiego wystygnięcia materiału, wykończenie brzegów będzie miało mleczne zabarwienie.

Stół powinien zapewniać dobry przepływ powietrza nad i pod materiałem oraz pochłaniać odbicia wiązki lasera od stołu. Dobry przepływ powietrza umożliwia szybkie usunięcie powstałych podczas cięcia gazów oraz – w przypadku grawerowania – pyłów. Dobrym rozwiązaniem jest stół do cięcia z akrylowymi lamelami lub akrylową kratownicą, w zależności od wielkości obrabianego przedmiotu. Do cięcia grubszych płyt akrylowych (o grubości przynajmniej 6 mm) oraz do części szerszych niż 100 mm zalecany jest ten pierwszy – skutecznie zapobiega on odbiciom wiązki lasera podczas cięcia. W przypadku węższych części bardziej praktyczny będzie stół do cięcia z akrylową kratownicą lub stół podciśnieniowy z akrylową kratownicą w formie nakładki, ponieważ w ten sposób części poddawane obróbce pozostaną w pozycji płaskiej po zakończeniu cięcia. Płyty grubsze niż 8 mm wymagają już użycia innej wersji stołu.

Aby powstałe w trakcie cięcia opary jak najszybciej odprowadzić z wnętrza maszyny, niezbędne jest zastosowanie odpowiedniego systemu wyciągu. Jest to warunek bezwzględnie konieczny, aby pozwolić na osiągnięcie wysokiej jakości rezultatów cięcia (polerowanych krawędzi). Nigdy nie należy zostawiać bez nadzoru uruchomionego urządzenia, gdyż niesprawna wentylacja i za słaby wyciąg powietrza mogą doprowadzić do zapłonu oparów i w rezultacie pożaru.

Parametry laserowego cięcia akrylu

Do cięcia plexiglasu laserem potrzebna jest większa częstotliwość niż podczas cięcia np. drewna. Dzięki temu brzegi cięcia roztapiają się jednolicie, dając czysty, wypolerowany efekt. Przy akrylu lanym (GS) polecana częstotliwość to 5000–20000 Hz, przy wytłaczanym (XT) – nie większa niż 5000 Hz.

Ustalenie idealnych parametrów jest bardzo ważne, jeżeli chcemy w sposób bezpieczny i wydajny pracować ze szkłem organicznym. Dlaczego? Jeżeli częstotliwość będzie za niska, na brzegach cięcia pojawi się tzw. efekt falowania, czyli drobne nierówności. Aby temu zapobiegać, trzeba zwiększyć lub obniżyć częstotliwość prędkości cięcia. Należy też mieć na uwadze, że niewystarczająca prędkość cięcia może spowodować powstanie nacięcia, co zwiększa ryzyko zapalenia się materiału.

Parametry laserowego grawerowania akrylu

Akryl graweruje się dobrze przy wysokiej szybkości i niewielkiej mocy urządzenia. Do znakowania akrylu wystarczy niewielka moc lasera, zastosowanie zbyt dużej mocy może prowadzić do zniekształcenia materiału. Sprawdza się tutaj zatem reguła „mniej znaczy więcej” – najlepsze rezultaty osiąga się poprzez niewielkie „zarysowanie” powierzchni, co daje ładny, biały grawerunek. Zastosowanie zbyt dużej mocy spowoduje, że efekty będą głębokie, ale nie białe.

Płyty akrylowe zazwyczaj graweruje się od strony tylnej, co daje lepszą jakość i atrakcyjny wygląd produktu końcowego, a przy okazji grawerunek zabezpieczony jest przed działaniem czynników zewnętrznych. Trzeba pamiętać, że wzór będzie odbiciem lustrzanym, dlatego przed wysłaniem projektu do lasera należy przygotować w edytorze lub w ustawieniach drukowania lustrzane odbicie docelowej grafiki.

Ustawienia grafiki i oprogramowania

Dla uzyskania optymalnych efektów obróbki trzeba również wziąć pod uwagę odpowiednie ustawienia grafiki i oprogramowania.

Aby laser mógł pracować jednostajnie i bez niepotrzebnych przestojów, należy do minimum ograniczyć liczbę kształtów w konturze.

Punkty początkowe zawsze powinny znajdować się w rogu, gdzie są mniej widoczne. Dlaczego? Miejsce początkowe, gdzie laser nacina materiał, zawsze będzie dostrzegalne – tego nie da się uniknąć. Szczególnie zauważalne są punkty znajdujące się na prostych liniach lub pośrodku łuku. Z tego powodu wybieramy te jak najmniej widoczne miejsca.

Kolejność zadań cięcia sprawdzić można w programie graficznym (CorelDraw, Adobe Illustrator), w rozwijanym menu – zawsze zaczynać się ona będzie od dołu do góry. Kolejność poszczególnych zadań cięcia może mieć wpływ na jakość większych ilości przedmiotów. Jeśli na obszarze roboczym cięte są duże ilości mniejszych przedmiotów, materiał będzie się mocno rozgrzewał w danym miejscu, co niesie ze sobą ryzyko zapalenia. Jeżeli wycinanych jest więc dużo małych wzorów z jednej, dużej płyty, wskazane jest uporządkowanie poszczególnych części, tak aby materiał zdążył wystygnąć pomiędzy cięciami.

Dodatkowe możliwości doposażenia systemu laserowego do obróbki PMMA

Funkcjonalności mogące zoptymalizować pracę przy obróbce plexi to między innymi:

Zalety systemów laserowych do obróbki akrylu

Stosowanie technologii laserowej to w zasadzie same korzyści:

Zastosowanie obrabianych laserowo płyt akrylowych

Akryl jest materiałem idealnym do obróbki – przez co i chętnie stosowanym – w wielu dziedzinach:

Różnorodność dostępnych tworzyw sztucznych wymusza stosowanie różnych metod ich obróbki. Nie wszystkie z nich spełniają wymagania rynku dotyczące precyzji, ekonomii, a także łatwości integracji z rozwiązaniami sieciowymi. Nic więc dziwnego, że tradycyjne metody coraz częściej ustąpić muszą pierwszeństwa nowoczesnym rozwiązaniom. Śmiało można powiedzieć, że urządzenia tnące laserem to zdecydowani liderzy w wyścigu o miano najlepszej maszyny do laserowej obróbki tworzyw sztucznych. Gwarantują bezdotykową pracę, szybki proces i wiele możliwości zastosowań, nieograniczonych ani kształtem, ani powierzchnią obrabianego przedmiotu. Laser nie wpływa na strukturę i właściwości ciętego materiału, nie zużywa się, nie generuje odpadów i gwarantuje stałą wysoką jakość powtarzalnych cięć w skali masowej. Całą maszynę reguluje się w sposób prosty, dane do programu wprowadza się łatwo – czy można chcieć czegoś więcej? Chyba nie. Można zatem stwierdzić, że jest to urządzenie niemal perfekcyjne. A u nas, w Portalu Produkcyjno-Usługowym LaserTrade, znajdziesz ich pod dostatkiem. Lasery z całej Polski czekają w gotowości, by realizować Twoje pomysły i zlecenia. Do dzieła zatem!