ماشینکاری لیزری ورق اکریلیک چیست؟

وقتی صحبت از برش ورق اکریلیک می شود، لیزرهای CO2 به طور کلی راه حلی قدرتمند و مقرون به صرفه در نظر گرفته می شوند، مشروط بر اینکه برای کاربردهای مناسب استفاده شوند. برای کارهایی که شامل قطعات کوچک و پیچیده است که نیاز به گوشه‌های داخلی تمیز و تیز دارند، یا برای قطعاتی با هر اندازه‌ای که تحمل برش کمتر از 0.005 اینچ در هر فوت دارند، لیزر اغلب بهترین ابزار برای این کار است. یکی از دلایل اصلی این امر این است که برش لیزری یک پوسته بسیار باریک، معمولا بین 0.010 تا 0.020 اینچ ایجاد می کند. علاوه بر این، انعطاف‌پذیری فوق‌العاده‌ای از نظر شکل و اندازه ارائه می‌دهد و شاید مهم‌تر از همه، لبه‌ای صیقلی و بدون گرد و غبار باقی می‌گذارد. به دلیل این عوامل، برای بسیاری از برنامه‌های{10}کیفیت بالا، انتخاب برتر است.

Equipment Overview

اساساً، لیزرهای CO2 با ساطع یک پرتو نور موازی کار می کنند. این نور دارای طول موج مشخص 10.6 میکرون است. شایان ذکر است که این طول موج خاص به خوبی توسط مواد غیر فلزی- جذب می شود. هنگامی که این پرتو نور یا انرژی از طریق یک عدسی به یک نقطه بسیار کوچک متمرکز می شود، اساساً ماده ای را که در مسیر خود قرار دارد تبخیر می کند.

از نظر پیکربندی ماشین، پرتو لیزر متمرکز را می توان روی یک میز موقعیت X{0}}Y ثابت نگه داشت. از طرف دیگر، می توان آن را بر روی یک سطح ثابت با استفاده از آنچه در صنعت به عنوان پیکربندی "سر پرنده" شناخته می شود، قرار داد. برای توضیح ساده تنظیم سر پرنده: خود پرتو لیزر بر روی قطعه کار در امتداد یک یا دو محور از طریق سیستمی از آینه ها و چرخ دنده مکان یابی مکانیکی حرکت می کند. کنترل‌کننده‌ها، رایانه‌های شخصی و نرم‌افزارهای مورد استفاده برای مدیریت موقعیت لیزر و کار در واقع بسیار شبیه سخت‌افزار و نرم‌افزار موجود در سایر تجهیزات ماشین‌کاری CNC هستند. در نتیجه، طراحی و کار با دستگاه برش لیزری واقعاً دشوارتر از کار با هر دستگاه استاندارد CNC دیگری نیست.

هنگامی که می خواهید اکریلیک را با لیزر برش دهید، سه متغیر اصلی وجود دارد که باید به آنها توجه کنید. هر یک از اینها هم بر کیفیت برش و هم بر سطح تنش حاصل در مواد تأثیر می گذارد. این متغیرها عبارتند از:

قدرت لیزر.
نرخ خوراک.
ضربان نبض.

همه این تنظیمات را می توان برای قرار دادن انواع مختلف مواد، ضخامت های مختلف و پوشش دلخواه لبه تنظیم کرد. برای برش ورق اکریلیک می توان از یک واحد لیزر به کوچکی 40 وات برای ضخامت های تقریباً ¼ اینچ استفاده کرد. با این حال، اگر می خواهید با لیزر کوچکتری مانند این به کیفیت لبه خوبی برسید، اساساً باید سرعت تغذیه را تا حدود 20 اینچ در دقیقه کاهش دهید.

از سوی دیگر، برای ورق های ضخیم تر یا اگر به سرعت تغذیه سریعتر نیاز دارید، یک سیستم لیزری بزرگتر مورد نیاز است. به عنوان مثال، یک لیزر 180 وات، عموماً برش سریع و اقتصادی را برای اکثر ضخامت‌های ورق اکریلیک ارائه می‌کند در حالی که تنها با قدرت حدود 75 درصد کار می‌کند. ماشین‌هایی با وات حتی بالاتر، در محدوده 500 تا 1000 وات، نرخ تغذیه بسیار بالاتری را امکان‌پذیر می‌کنند و همچنین امکان استفاده از چندین سر برش را به طور همزمان فراهم می‌کنند.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

به طور کلی مشاهده می شود که افزایش توان لیزر در یک نرخ تغذیه خاص منجر به یک روکش براق تر می شود. با این حال، نقطه ضعف این است که این نیز سطح تنش را در لبه ورق افزایش می دهد. برعکس، استفاده از نرخ تغذیه سریعتر همراه با ضربان پالس سریعتر معمولاً لبه ای با تنش کمتر ایجاد می کند، اگرچه سطح براق کمتری خواهد داشت.

با توجه به نرخ پالس (که بر حسب پالس در ثانیه یا pps اندازه‌گیری می‌شود)، این سرعتی است که لیزر با آن شلیک می‌کند. درک این نکته مهم است که پرتو لیزر در واقع مجموعه‌ای از انفجارهای کوچک یا پالس‌ها است تا یک جریان پیوسته. شما می توانید ضربان نبض را به دو روش اصلی کنترل کنید: متناسب با زمان، یا متناسب با مسافت طی شده.

در حالی که روش تنظیم ضربان نبض متناسب با زمان رایج‌تر است و برنامه‌ریزی آن در ابتدا آسان‌تر است، این روش اغلب منجر به سوختن گوشه‌های داخلی می‌شود. دلیل این امر این است که کنترل کننده X-Y طبیعتاً برای پیمایش در یک گوشه بیشتر از طی کردن یک خط مستقیم طول می کشد. در نتیجه، گوشه‌ها-به‌ویژه گوشه‌های داخلی- تمایل زیادی به جذب انرژی دارند و باعث ذوب شدن و فشار بیش از حد-آن‌ها می‌شود. این نکته مهمی است که باید هنگام برش مواد حساس- مانند اکریلیک و پلی کربنات در نظر گرفت. گوشه های داخلی معمولاً مناطق ضعیفی هستند که بارهای زیادی را تحمل می کنند. بنابراین باید هر کاری که ممکن است انجام شود تا تنش یا بریدگی در این مناطق به حداقل برسد.

متناسب کردن ضربان نبض با مسافت طی شده بخش بزرگی از این موضوع را برطرف می کند. همانطور که کنترلر به طور خودکار نرخ تغذیه را در گوشه ها کاهش می دهد، ضربان نبض نیز کاهش می یابد. این تضمین می کند که مقدار انرژی ساطع شده در هر نقطه معین در طول برش ثابت بماند.

مهم نیست که کنترلر شما چقدر پیچیده است یا نرخ فید شما چقدر سریع است. تنش لبه چیزی است که همیشه باید در برنامه های خاص در نظر گرفته شود. هر زمان که ورقه اکریلیک یا پلی کربنات گرم شود، پتانسیل استرس گرمایی وجود دارد. این مشکل زمانی که تنها بخشی از ورق گرم می شود، بسیار مهم است، که دقیقاً در هنگام برش لیزری اتفاق می افتد.

رابط بین بدنه غیر{0}}ورق که گرم می شود و لبه ای که به سرعت گرم می شود و به سرعت خنک می شود، بسیار مستعد به هم ریختگی است. این نواحی بسیار تحت فشار بسته به ضخامت، می توانند تقریباً 0.010 تا 0.050 اینچ در ورق گسترش یابند. این نواحی در صورت تماس با حلال های ناسازگار یا تحت فشار مکانیکی زیاد، مانند خم شدن، بسیار مستعد فرسودگی هستند.

شما می توانید این مشکل استرس لبه را با تنظیم نرخ تغذیه، ضربان پالس و توان به حداقل برسانید. استفاده از توان کمتر و نرخ پالس آهسته تر، همراه با نرخ تغذیه نسبتاً سریع، مقدار کل انرژی یا گرمای جذب شده توسط ورق را کاهش می دهد. این به نوبه خود، هم از بزرگی تنش و هم از فاصله انتشار تنش به ورق می کاهد. با این حال، باید پذیرفت که این شرایط باعث می شود که لبه براق کمتری داشته باشد. در برخی موارد خاص، ممکن است عملی باشد که نواحی تحت فشار را به طور کامل خراش داده یا ماشین کاری کنید.

اکثر سیستم‌های لیزری پرقدرت مجهز به میز نگهدارنده خلاء-و جریان کمکی گاز هستند. عوامل متعددی در اینجا می توانند بر کیفیت نهایی برش تأثیر بگذارند: نوع گاز مورد استفاده، سرعت جریان آن گاز، و کارایی میز خلاء در تخلیه بخارات. وجود جریان خوب گاز در سراسر برش، همراه با یک خلاء مؤثر، به حذف بخاراتی که در غیر این صورت می‌توانند به قطعه کار آسیب بزنند، باعث شعله‌ور شدن{4}}کوچک و زغال‌زدگی یا باقی ماندن بقایای ناخواسته شوند، کمک می‌کند.

Laser Cuttable Masking

عملکرد پوشش یکی دیگر از موارد مهم در هنگام انتخاب ورق اکریلیک برای کاربرد خاص شما است. اگر پوشش به درستی نچسبد، قطعات ممکن است در طول فرآیند ساخت آسیب ببینند یا خراشیده شوند و کارایی خود فرآیند می تواند تأثیر منفی بگذارد. برعکس، اگر برداشتن ماسک خیلی سخت باشد، منجر به کار اضافی و هزینه های بالاتر می شود. انتخاب پوشش مناسب برای فرآیند ساخت، کلیدی برای به حداقل رساندن این مسائل است.

به طور سنتی، پوشش کاغذی انتخاب استاندارد برای برش لیزری بوده است. مزیت در اینجا این است که به اکریلیک در لبه های برش جوش نمی خورد. چسبندگی قوی و ثابت آن مانع از بلند شدن پوشش در حین جابجایی و برش می شود که از سطح اکریلیک در برابر گازهای داغ و خورنده تولید شده توسط لیزر محافظت می کند. با این حال، پوشش پلی اتیلن قابل برش با لیزر اکنون بر روی ورق اکریلیک نیز موجود است.

برای سناریوهایی که به حداکثر کارایی و خروجی نیاز دارند، می‌توان از یک پوشش پلی اتیلن سبک با فرمول‌بندی خاص- استفاده کرد. برداشتن این نوع ماسک از قسمت تمام شده بسیار آسان است، اما همچنان چسبندگی کافی برای مقاومت در برابر دست زدن معمولی را ارائه می دهد. اگرچه به ندرت یک مشکل اصلی است، این نوع ماسک ممکن است در مناطقی که لیزر برای مدت طولانی بیکار است، به دلیل فرمول چسب سبک تر آن، بلند شود. این معمولاً در شروع یک برش یا در طول برش های شعاع بسیار تنگ اتفاق می افتد. شما به راحتی می توانید با استفاده از "سرب-" در ابتدای برش و با کاهش ضربان نبض یا قدرت در هنگام پیمایش در پیچ های تنگ، از این بلند شدن جلوگیری کنید.

اگر به یک لبه بکر و صیقلی نیاز دارید، یک پوشش پلی اتیلن غیرچسب{0} ویژه فرموله شده وجود دارد. از آنجایی که همه ماسک‌های مبتنی بر چسب{2}}حداقل مقداری باقیمانده روی لبه بریده باقی می‌گذارند، می‌توانند ظاهر صیقلی را کمی کاهش دهند. بنابراین، برای برنامه‌هایی که به ظاهر با بالاترین کیفیت نیاز دارند، پوشش بدون چسب «قابل برش لیزری» توصیه می‌شود. در حالی که برداشتن این پوشش ممکن است کمی سخت تر از نوع چسب باشد، لبه کمی با کیفیت بالاتری ارائه می دهد و در برابر بالا بردن لبه مقاوم تر است. اگر بلند کردن اتفاق افتاد، می توانید مراحلی مشابه آنچه در بالا توضیح داده شد انجام دهید.

نکته دیگری که در مورد ماسک کردن باید در نظر گرفت، چین و چروک است. برای حفظ اپتیک اصلی ورق، پوشش-به خصوص در سطح بالایی-باید عاری از چین و چروک باشد. اگر ماسک در نقطه برش مستقیماً با ورق تماس نداشته باشد، گازهای داغ می توانند بین پوشش و ورق محبوس شوند که باعث حک شدن سطح می شود. اچ کردن معمولاً در قسمت پایین صفحه مشکل کمتری دارد زیرا اکثر میزهای X-Y از یک سیستم نگه دارنده- خلاء استفاده می‌کنند که به طور مؤثر گازهای داغ را قبل از اینکه آسیبی وارد کنند، می‌کشد.

درست مانند هر قطعه از ماشین آلات پیچیده، برش های لیزری برای اطمینان از عملکرد بهینه نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند. نگهداری از تنظیمات قدرت مورد نیاز برای برش ضخامت خاصی از مواد با سرعت مشخص، تمرین خوبی است. با گذشت زمان، احتمالاً متوجه خواهید شد که تنظیم توان باید افزایش یابد یا سرعت برش کاهش یابد. این معمولاً به دلیل کثیف شدن اپتیک لیزر یا خارج شدن از فوکوس است. با این اتفاق، کیفیت برش کاهش می یابد. تعمیر و نگهداری منظم توسط تکنسین ماهر برای حفظ راندمان و کیفیت برش ضروری است.

در حالی که بدون شک لیزرها ابزارهای پیشرفته و قدرتمندی-بالا هستند، اما لزوماً خطرناک‌تر از سایر تجهیزات فروشگاهی نیستند، مشروط بر اینکه به درستی نصب و کار کنند. معمولاً عینک ایمنی استاندارد برای محافظت از چشم کافی است. با این حال، توجه به این نکته ضروری است که همه عینک های ایمنی استاندارد نسبت به طول موج نور 10.6 میکرون (به معنی چگالی نوری 5 در 10600 نانومتر) که برای این لیزرها رایج است، مات نیستند.

طبق استاندارد ANSI Z136.1، عینک ایمنی باید به وضوح با طول موج و ضریب حفاظت از چگالی نوری برچسب گذاری شود.

علاوه بر این، یک سیستم اگزوز برای حذف بخارات بالقوه مضر تولید شده در طول برش کاملا ضروری است. بسته به ماده خاصی که در حال پردازش است، حتی ممکن است لازم باشد این بخارها قبل از تخلیه آنها به محیط بیرون فیلتر شوند. همانطور که در مورد هر وسیله دیگری وجود دارد، قبل از استفاده از سیستم برش لیزری، داشتن دانش مناسب از رویه های عملیاتی و ایمنی الزامی است.

Emissions

تعدادی از تحقیقات علمی توسط محققان مختلف انجام شده است تا میزان دقیق و نوع انتشارات ناشی از برش اکریلیک لیزری را تعیین کنند. با وجود این همه تلاش، پیش‌بینی دقیق محصولات و غلظت آنها در گازهای انتشاری با قطعیت کامل غیرممکن است.

این انتشارات به عوامل مختلفی از جمله پارامترهای لیزر، پارامترهای پردازش، گازهای پوششی مورد استفاده، روش اگزوز و ترکیب شیمیایی دقیق پلیمر اکریلیک بستگی دارد. علاوه بر این، اکثر این مطالعات اثرات کاغذ محافظ یا پوشش پلی اتیلن را در نظر نمی گیرند، و همچنین تاثیر احتمالی هیچ پوششی را در نظر نمی گیرند.

هنگامی که اکریلیک توسط لیزر برش داده می شود، بیشتر مواد تجزیه شده دوباره به مونومرهای تشکیل دهنده خود تبدیل می شوند. در بیشتر ورقه های اکریلیک، این مونومرها از بیش از 90 درصد متیل متاکریلات تشکیل شده و بقیه آن متاکریلات است. همچنین برای بسیاری از تامین کنندگان استفاده از اتیل آکریلات در فرمولاسیون اکریلیک خود رایج است.

(لازم به ذکر است که Ethylacrylate توسط برنامه ملی سمیت در لیست موادی که ممکن است سرطان زا باشند، گنجانده شده است. به طور مشابه، آژانس بین المللی تحقیقات سرطان، اتیل آکریلات را به عنوان یک سرطان زا احتمالی فهرست می کند.)

طی تحقیقات علمی مستقلی که توسط Heferkamp، Goede، Engel و Wittbecker انجام شد، آنها دریافتند که در بین پلاستیک‌هایی که آزمایش کردند، اکریلیک در واقع کمترین تولید آئروسل را به همراه داشت.<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

محققان دیگر به ویژه تروتون، سیمز، الوود و تیلور دریافتند که علاوه بر مونومر متیل متاکریلات، مقادیر کمی تولوئن، متی-2- متیل-3 پنتنوات، زایلن، تری متیل بنزن و آلکان ها نیز وجود دارد. جالب توجه است که آنها هیچ PAH (هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای) پیدا نکردند که برخلاف یافته‌های قبلی Ball، Kulik و Tan بود.

توصیه می شود تجهیزات تهویه مناسب را نصب کنید تا اطمینان حاصل شود که قرار گرفتن در معرض کارکنان زیر سطوح تنظیم شده باقی می ماند. علاوه بر این، اگر گازهای خارج از خانه را تخلیه می کنید، باید به مقررات زیست محیطی توجه شود. سازندگان تجهیزات برش لیزر معمولاً می‌توانند راهنمایی‌هایی در مورد نحوه جمع‌آوری و مدیریت صحیح انتشار لیزر ارائه دهند.