Laserowe grawerowanie tworzyw sztucznych

Praktycznie wszystko, co może być narysowane, można też wygrawerować przy użyciu lasera. Również w tej dziedzinie lasery zrewolucjonizowały procesy wytwórcze. 

W LASERTRADE za pomocą jednego zlecenia skontaktujesz się z firmami świadczącymi laserowe grawerowanie na terenie całego kraju.

Wiele firm dekoratorskich, poligraficznych, a także z wielu innych, najróżniejszych branż ma w swojej ofercie grawerowane wyroby. Czasami są to proste symbole czy kody, a niekiedy grawerunek jest najprawdziwszą sztuką. Odkąd producenci zaczęli do tego rodzaju znakowania używać urządzeń umożliwiających wykonywanie szybkiego, sprawnego, a jednocześnie efektywnego, trwałego i estetycznego nadruku na wielu materiałach, ich produkcja stała się znacznie mniej trudna i czasochłonna. Lasery – jak i w wielu innych dziedzinach, także tu – zrewolucjonizowały procesy wytwórcze.

Laserowe grawerowanie tworzywa

Czym jest grawerowanie laserowe?

Grawerowanie laserowe jest jednym ze sposobów znakowania laserowego, praktyką, podczas której lasery wykorzystywane są do grawerowania obiektów.

Termin „znakowanie” jest więc terminem ogólnym, obejmującym szerokie spektrum technik pozostawiania śladów na przedmiocie, w tym i grawerowanie. Uwzględnia jednak również pozostałe kategorie metod, jak na przykład zmiana koloru na skutek zmian chemicznych/molekularnych, zwęglanie, spienianie, topnienie, ablację i inne. Maszyny do grawerowania laserowego i znakowania laserowego są więc takie same, ale trzeba pamiętać o tym, że termin „znakowanie” jest terminem szerszym niż samo „grawerowanie”.

W technice grawerowania laserowego nie stosuje się farb drukarskich ani końcówek narzędziowych, stykających się z powierzchnią graweru i mogących ulec zużyciu, dlatego uzyskuje ona znaczną przewagę nad konwencjonalnymi metodami grawerowania, w których należy regularnie wymieniać farbę drukarską albo głowice bitów.

Na czym polega proces grawerowania laserowego

Dzięki możliwościom nowoczesnych laserów wygrawerować można praktycznie dowolny wzór na najróżniejszych materiałach, w tym na szerokiej gamie tworzyw sztucznych. Grawerowanie laserowe wykorzystywane jest do nadawania indywidualności wyrobom.

Sam proces polega na tak silnym nagrzaniu materiału przez wiązkę laserową, że – zależnie od czasu ekspozycji – dochodzi do zmiany koloru i wytworzenia kontrastu albo wyparowania i spalenia materiału. Uzyskany grawerunek jest trwały, odporny na ścieranie i zmiany termiczne.

Jak się do tego zabrać od strony praktycznej, krok po kroku? W wielkim skrócie mówiąc: trzeba stworzyć projekt grawerunku w zwykle używanym programie graficznym (np. CorelDraw, Photoshop, AutoCAD, Illustrator, InkScape itp.), a następnie użyć sterownika drukarki, aby przesłać grafikę do lasera. Wybieramy materiał, naciskamy odpowiedni przycisk i rozpoczyna się laserowe grawerowanie, zgodne z zapisanymi ustawieniami. Typy procesów, zapisane w sterowniku drukarki, znacznie ułatwiają pracę dzięki automatycznej optymalizacji procesów graficznych.

Laserowa maszyna grawerująca i sposób jej pracy

Do wykonywania grawerunku techniką laserową używa się laserowych grawerów.

Grawer laserowy składa się z trzech głównych części: 

  • lasera, 
  • sterownika,
  • powierzchni.

Laser jest narzędziem do rysowania – emitowana z niego wiązka pozwala sterownikowi na śledzenie wzorów na powierzchni. Sterownik określa kierunek, natężenie, prędkość ruchu i rozprzestrzenianie się wiązki lasera skierowanej na powierzchnię. Powierzchnia jest dobierana odpowiednio do rodzaju materiału, na który laser może oddziaływać.

Wyróżniamy trzy główne rodzaje maszyn grawerujących:

  • W pierwszym – obrabiany przedmiot (powierzchnia) jest nieruchomy, a optyka lasera porusza się w dwóch wymiarach, kierując wiązkę lasera na rysowanie wektorów. Czasem laser jest nieruchomy, a obrabiany przedmiot porusza się, a niekiedy obrabiany przedmiot porusza się w jednej osi, a laser w drugiej.
  • Drugi gatunek dotyczy przedmiotów cylindrycznych (tudzież płaskich przedmiotów zamontowanych wokół cylindra), w których laser skutecznie przecina drobną spiralę, podczas gdy pulsujący laser w trybie on-off wytwarza pożądany obraz rastrowy.
  • W trzecim – zarówno laser, jak i obrabiany przedmiot są stacjonarne, a lustra galwaniczne przesuwają wiązkę lasera po powierzchni obrabianego przedmiotu. Grawerki korzystające z tej technologii mogą pracować w trybie rastrowym lub wektorowym.

Punkt, w którym wiązka laserowa styka się z powierzchnią, powinien znajdować się na płaszczyźnie ogniskowej układu optycznego lasera i jest zwykle synonimem punktu ogniskowego. Jest mały – mniej niż ułamek milimetra (w zależności od długości fali optycznej). Tylko obszar wewnątrz punktu ogniskowego jest znacząco dotknięty, gdy promień lasera przechodzi nad powierzchnią. Energia dostarczana przez laser zmienia powierzchnię materiału w punkcie ogniskowym; może ona podgrzać powierzchnię a później odparować materiał lub też materiał może pęknąć (tzw. „szkliwo” lub „oszklenie”) i zerwać się z powierzchni. Jeżeli materiał powierzchniowy jest odparowywany, zazwyczaj wymagana jest wentylacja za pomocą dmuchaw lub pompy próżniowej, ażeby usunąć szkodliwe opary i dym powstający podczas tego procesu, a także celem usunięcia odłamków na powierzchni, żeby laser mógł kontynuować grawerowanie.

Promień lasera może być zaprojektowany tak, żeby dostarczał energię na powierzchnię w sposób, który zamienia wysoki procent energii świetlnej na ciepło. Wiązka jest wysoce skupiona i kolimowana – w większości materiałów nieodblaskowych, jak tworzywa sztuczne i powierzchnie emaliowane – zatem konwersja energii świetlnej na ciepło jest bardziej efektywna, a materiał jest dobrze usuwany. Może to jednak powodować szybkie nagrzewanie się sprzętu, dlatego konieczne jest opracowanie systemów chłodzenia. Alternatywnie, aby zmniejszyć ilość nadmiernego nagrzewania, można stosować impulsową wiązkę lasera.

Programując sterownik do przesuwania w czasie określonej ścieżki dla wiązki laserowej, można wygrawerować różne wzory. Celem osiągnięcia stałej głębokości usuwania materiału, ślad wiązki laserowej jest starannie regulowany. Aby mieć pewność, że usunięta zostanie taka sama ilość materiału, a więc każda wygrawerowana powierzchnia zostanie wystawiona na działanie lasera tylko raz, unika się krzyżowania ścieżek. Przy tworzeniu wzorów grawerskich uwzględnić należy również prędkość, z jaką wiązka przesuwać się będzie po materiale. Zmiana zasięgu i intensywności wiązki pozwala na większą elastyczność w projektowaniu. Przykładowo: zmieniając proporcje czasu (tzw. „duty-cycle”), laser jest włączany podczas każdego impulsu, a moc dostarczana do powierzchni graweru może być kontrolowana odpowiednio do materiału.

W tradycyjnych technikach potrzebne jest stosowanie maski oporowej. W grawerowaniu laserowym – ponieważ położenie lasera jest dokładnie znane przez sterownik – nie trzeba dodawać żadnych barier do powierzchni, żeby zapobiec odchyleniom lasera od zalecanego wzoru grawerowania.

Dwa tryby pracy grawerowania laserowego

Laserowe urządzenia grawerujące mogą pracować w trybie wektorowym i rastrowym.

W trybie wektorowym grafika składa się z krzywych i linii, odczytywanych przez laser kolejno „wektor po wektorze” i równocześnie grawerowanych. Często nazywane jest „rowkowaniem”. Jest to metoda odpowiednia, korzystna i szybka, gdy trzeba wykonać tylko cienkie linie.

W trybie rastrowym grafika złożona z pikseli grawerowana jest wiersz po wierszu i punkt po punkcie. Jest odpowiednią metodą w przypadku zastosowań wielkopowierzchniowych, takich jak wypełnione litery, obrazy czy pieczątki.

Rodzaje tworzyw sztucznych, odpowiednich do grawerowania

Każde tworzywo sztuczne ma specyficzne właściwości materiałowe, w szczególności spektrum absorpcji światła. Napromieniowanie laserowe może być powodem bezpośrednich modyfikacji chemicznych, stopienia lub odparowania materiału. Tworzywa sztuczne rzadko spotykane są w czystym stanie, ponieważ stosuje się w nich dodatki takie jak: barwniki, opóźniacze promieniowania ultrafioletowego, środki antyadhezyjne i inne, które wpływają na wynik znakowania laserowego.

Standardowo odlewane tworzywa akrylowe, płyty z tworzyw akrylowych i inne żywice odlewane, zazwyczaj bardzo dobrze poddają się obróbce laserowej w formie grawerowania. Styren (jak w przypadku płyt kompaktowych) i dużo tworzyw termoformujących ma skłonność do topienia się wokół krawędzi miejsca grawerowania – rezultat jest przeważnie „miękki” i nie ma kontrastu „trawionego”, powierzchnia może ulec deformacji lub „fałdować” w miejscach wargowych.

Do oznakowań i tablic informacyjnych przewidziano specjalne tworzywa, zawierające krzemian lub inne materiały, przewodzące nadmiar ciepła z dala od materiału, zanim ulegnie on deformacji. Laminaty zewnętrzne z tego materiału łatwo odparowują i odsłaniają różnokolorowe materiały poniżej.

Inne tworzywa mogą być grawerowane z dobrymi rezultatami, zaleca się jednak uprzednie przeprowadzenie eksperymentów na próbce. Dobrze poddają się obróbce tworzywa sztuczne o twardej konstrukcji. Łatwy do grawerowania jest bakelit.

Rozszerzone tworzywa sztuczne, jak pianki i winylki, lepiej poddają się frezowaniu niż grawerowaniu. Uretan i tworzywa silikonowe nie działają dobrze, bez względu na to, czy wypełnione są celulozą, kamieniem, czy innym stabilnym materiałem izolacyjnym. Kevlar może być grawerowany, jednak trzeba uważać, gdyż podczas odparowania wydziela niezwykle niebezpieczne opary – gaz cyjankowy.

Tworzywa sztuczne z zawartością chloru (takie jak winyl, PCW), podczas grawerowania wytwarzają żrący chlor, który łączy się z wodorem w powietrzu, wytwarzając odparowany kwas solny, co może uszkodzić system grawerowania laserowego. Nie są to więc produkty odpowiednie do takiego typu obróbki.

Laserowe grawerowanie materiału - plastik

Najbardziej popularne tworzywa sztuczne nadające się do grawerowania:

  • polimetakrylan metylu (PMMA),
  • poliamid (PA),
  • polipropylen (PP),
  • polietylen (PE),
  • poliformaldehyd (POM),
  • polieteroketon (PEEK),
  • poliarylosulfon (PSU),
  • kopolimer akrylonitrylu butadienu i styrenu (ABS),
  • polimid (PI),
  • poliester (PES),
  • polistyren (PS),
  • politereftalan etylenu (PET).

Zastosowanie grawerowanych laserowo tworzyw sztucznych

Zakres zastosowań w przypadku grawerunku tworzyw sztucznych jest bardzo szeroki, a wyroby obrobione w ten sposób znaleźć możemy w wielu branżach: przemyśle, sztuce, rzemiośle i rękodziele, biznesie, promocji i reklamie, nagrodach i trofeach, jubilerstwie. Może to być jedna jedyna sztuka, spersonalizowana i niepowtarzalna, ale również mogą to być produkcje masowe, seryjne. 

Przykłady zastosowań:

  • tabliczki znamionowe, piktogramy,
  • tablice informacyjne wewnętrzne i zewnętrzne,
  • identyfikatory,
  • breloki,
  • gadżety promocyjne,
  • pieczątki,
  • obudowy, folie i opakowania,
  • przyciski i przełączniki,
  • podzespoły elektroniczne,
  • wtyczki,
  • rury,
  • zabawki.

Zalety grawerowania laserowego

Jak już wcześniej wspominaliśmy, obróbka przy użyciu technologii laserowej – w porównaniu do technik tradycyjnych – ma wiele zalet:

  • szeroka gama zastosowań,
  • bezkontaktowa obróbka materiału – nie potrzeba mocowania materiału, nie ma ryzyka uszkodzenia materiału, nie powstają wióry, generowana jest niewielka ilość pyłu, 
  • brak problemu zużywania się narzędzi,
  • maksymalna precyzja w najdrobniejszych szczegółach,
  • możliwość produkcji pojedynczych elementów, niewielkich serii oraz dużych serii,
  • wszystko to przekłada się na ekonomiczność i oszczędność czasu oraz środków finansowych.

Grawerowanie należy do najstarszych technik zdobienia i oznaczania. Grawerowanie przy użyciu lasera to nie tylko możliwość twórczego wyrazu, ale również praca przyjemna i korzystna, albowiem nowoczesne technologie czynią ją dużo prostszą, bardziej wydajną i opłacalną niż kiedykolwiek wcześniej. Wykorzystaj możliwości, jakie daje Giełda Branży Laserowej LASERTRADE i twórz, kreuj, projektuj, zlecaj, sprzedawaj, zarabiaj. To takie proste.

Realizacje

Gotowy na szybkie cięcie?

My tak!

Cięcie laserem