Как резать акрил (оргстекло) на лазерном станке: режимы и качество кромки

Лазерная резка акрила, или оргстекла (ПММА), происходит за счет нагрева материала CO2-лазером по заданному контуру. Чтобы получить сквозной рез, подбирают скорость, мощность, фокус и подачу воздуха под конкретный лист. На пробном образце проверяют, прорезан ли лист снизу и соответствует ли кромка задаче: нет ли наплывов и полос, нужен ли прозрачный торец.

Чем можно резать оргстекло и акрил?

Оргстекло режут ножом с надломом, пилой, фрезером и лазером. Способ выбирают по толщине листа, форме детали и требованиям к кромке.

Если на поверхности нужна надпись, логотип или рисунок, это уже не резка, а гравировка или маркировка. 

Способ	Когда уместен
Нож для акрила с надломом	Прямой раскрой по линейке, если марка и толщина листа допускают надрез с последующим надломом
Пила	Прямой раскрой и заготовки разных размеров
Фрезер или фрезерный станок с ЧПУ	Контурная и объемная механическая обработка, пазы, выборки
CO2-лазер	Фигурный раскрой и отверстия; одинаковый контур для партии деталей. Кромку можно оставить без доработки, если пробный рез дал нужный вид торца без наплывов и полос
Диодный лазер	Отдельные непрозрачные виды акрила после проверки на образце

Для прозрачного акрила важна длина волны: он пропускает излучение большинства синих диодных лазеров, но поглощает излучение CO2-лазера. Цветной непрозрачный лист на диодном станке тоже сначала проверяют на обрезке той же партии.

Лазером вырезают буквы для вывесок, таблички с отверстиями под крепеж, детали подставок с пазами и шаблоны. Здесь важны форма контура, совпадение деталей в партии и возможность собрать их без подгонки. Если планируете такой раскрой на собственном оборудовании, в каталоге Lasercut представлены лазерные станки для резки акрила.

Какой акрил подходит для лазерной резки?

Для резки акрила лазером используют листы ПММА разных видов. Перед настройкой важно знать способ производства, фактическую толщину и наличие покрытия; режимы для других пластиков на акрил не переносят.

Литой и экструзионный лист

Литой лист отливают, экструзионный выдавливают. У литого обычно шире допуск по толщине, поэтому фактическую толщину измеряют перед работой. Оба типа режут лазером, но режим, подобранный для одного, проверяют заново при смене материала.

Прозрачный, цветной и зеркальный

Резка прозрачного акрила лазером возможна, потому что ПММА поглощает излучение CO2-лазера с длиной волны около 10,6 мкм; на таком листе заметнее дефекты кромки и следы опор стола. Для цветного листа режим проверяют отдельно. Лазерная резка зеркального акрила зависит от устройства отражающего слоя и рекомендаций поставщика о стороне обработки: одинакового результата для разных покрытий ожидать нельзя.

От чего зависит качество лазерного реза акрила?

CO2-лазер нагревает акрил по контуру и удаляет материал из узкой линии реза. Вид кромки зависит от сочетания пяти факторов:

• Мощность и скорость: вместе они задают энергию на единицу длины. Избыток энергии расширяет зону нагрева и дает оплавление, недостаток - недорез.
• Фокус и фокусная линза: результат зависит и от положения фокуса, и от фокусного расстояния установленной линзы. При одинаковом входном луче длиннофокусная линза дает больший размер пятна, но более протяженную область около фокуса. Это полезно при резке толстого акрила: ширина луча меньше меняется по глубине листа. Однако такая линза не заменяет достаточную мощность и подбор режима. После ее смены заново устанавливают рабочее расстояние и проверяют сквозной рез и форму торца.
• Толщина листа: с ростом толщины лучу сложнее прорезать нижнюю часть листа; поскольку он сужается к фокусу и затем расходится, торец может получиться наклонным. Поэтому даже для близких толщин, например 5 и 6 мм, качество реза проверяют отдельно.
• Подача воздуха в зону реза: она уносит пары материала от линзы и снижает вероятность вспышек. Но слишком сильный поток может быстро охладить нагретую кромку: поверхность не успевает стать гладкой и выглядит матовой или белесой. Слишком слабый поток хуже удаляет продукты реза и повышает риск пламени.
• Состояние станка: загрязнение линзы и зеркал, люфты механики и нестабильная мощность источника меняют результат при тех же настройках.

Как обеспечить безопасность при резке акрила?

Резка акрила лазером должна проходить при исправной вытяжке и под контролем оператора. При нагреве ПММА образуются пары и мелкие частицы: их отводят, чтобы они не попадали в воздух рабочей зоны и не оседали на оптике и внутренних деталях станка. Надзор нужен из-за риска воспламенения листа и скопившихся обрезков.

• Вытяжка и фильтрация. Инструкции к станкам, как правило, требуют включать вытяжку до начала реза и выключать после его окончания. Отвод идет наружу или через предусмотренную производителем фильтрацию.
• Контроль оператора. Станок не оставляют без присмотра: при перегреве ПММА может загореться. Рядом с рабочим местом находится средство пожаротушения, которое предусматривают инструкция станка и правила помещения.
• Чистота рабочей зоны. Обрезки, пыль и налет в зоне реза и под столом убирают: они горят и накапливают тепло.
• Признаки возгорания. При устойчивом пламени в зоне реза останавливают задание и действуют по инструкции к станку.
• Состав материала. Режим акрила нельзя переносить на материал неизвестного типа. ПВХ и другие хлорсодержащие материалы исключают из CO2-резки: при нагреве они выделяют опасные продукты разложения, которые могут повредить оборудование.

Как подготовить лист акрила и станок к резке?

Перед резкой проверяют материал, положение листа и состояние станка:

1. Подтвердить материал. По маркировке и документам поставщика проверяют, что лист действительно изготовлен из ПММА: внешне похожие пластики требуют других условий обработки и могут иметь ограничения по безопасности.
2. Проверить лист. Лист должен быть чистым, ровным и неподвижным. Коробление меняет расстояние до линзы и смещает фокус, а сдвиг листа во время реза портит контур.
3. Выбрать подложку и расположение деталей. Опоры стола, например соты или ламели, могут отражать луч и оставлять следы на нижней стороне листа. Детали размещают так, чтобы контуры по возможности не проходили над опорами. Внутренние вырезы обычно режут раньше внешнего контура: лист остается закрепленным до последней операции.
4. Решить вопрос с защитной пленкой. Бумажная и полиэтиленовая пленки ведут себя под лучом по-разному: одна может дымить и обугливаться, другая - оплавляться и оставлять следы на поверхности. Универсального правила нет: решение зависит от материала пленки и рекомендаций поставщика листа, а выбор проверяют на образце.
5. Проверить станок. Линзу и зеркала очищают: загрязнение поглощает часть энергии, и результат ухудшается при тех же настройках. Проверяют фокусное расстояние по инструкции станка, работу охлаждения, вытяжку и подачу воздуха.

Как подобрать режим резки акрила на CO2-станке?

Режим подбирают на образце того же листа: проверяют сквозной прорез и кромку, а затем записывают удачные настройки для партии.

Алгоритм подбора:

1. Измерить фактическую толщину листа. Номинальное значение с этикетки может отличаться от реального.
2. Взять стартовые значения. Источник - инструкция к станку или ориентиры из таблицы ниже.
3. Вырезать короткие пробные линии или ячейки. В каждой пробе меняют один параметр, чаще всего скорость.
4. Проверить результат. Смотрят, выпадает ли деталь без усилия, как выглядят верхняя и нижняя кромки, совпадают ли размеры с файлом и нет ли оплавления. Повторяют пробу на двух-трех образцах, чтобы убедиться в повторяемости.
5. Скорректировать режим. При недорезе обычно снижают скорость или повышают мощность, при оплавлении - наоборот.
6. Записать режим для партии. Фиксируют материал, производителя, толщину, скорость, мощность, фокус и подачу воздуха.

Процент мощности в задании не равен измеренной мощности луча. Это настройка управляющей системы, поэтому одинаковый процент на разных станках не означает одинакового воздействия на материал. Важны также состояние трубки и оптики.

Интенсивность обдува подбирают вместе с остальными параметрами на пробе. Полностью отключать подачу воздуха ради глянца не следует: она защищает оптику и помогает сдерживать пламя.

Ориентиры для первой пробы (акрил 3-5 мм, CO2-станок):

Что задают или проверяют	Ориентир для первой пробы с акрилом 3-5 мм
Номинальная мощность источника в примере	Около 100-120 Вт
Начальная скорость резки	10-20 мм/с
Начальная настройка мощности в задании	50-70%
Фокус и подача воздуха	Настроить по инструкции к станку; уточнить результат на образце
Проверка результата	Полный прорез, состояние верхнего и нижнего края, отсутствие заметного оплавления

* Это стартовые ориентиры, а не проверенный режим резки акрила. Диапазоны относятся к пробе на CO2-станке с источником порядка 100-120 Вт; результат зависит от листа, фокуса, подачи воздуха и состояния станка. Для другой толщины или оборудования значения подбирают заново.

Как учесть пропил при подготовке файла?

Пропил - ширина полосы материала, которую удаляет луч. Это результат настройки реза, а не отдельный параметр, который выставляют на станке. Если контур в файле совпадает с серединой линии реза, внешняя деталь получается меньше заданного размера примерно на ширину пропила, а внутреннее отверстие - больше. Для соединений паз-шип пропил измеряют на образце и учитывают при подготовке файла.

Какие дефекты возникают при резке акрила и как их исправить?

Чаще всего дефекты кромки связаны с неверным соотношением скорости и энергии, смещенным фокусом, загрязненной оптикой или неровным листом. Причину определяют проверкой, а не только по внешнему виду кромки: похожие дефекты могут иметь разные источники.

Признак	Возможные причины	Что проверить сначала
Оплавление, наплыв на кромке	Избыток энергии на единицу длины; слабый отвод продуктов резки; перегрев на мелких контурах	Поднять скорость на один шаг; проверить подачу воздуха
Недорез, особенно снизу	Недостаток энергии; смещенный фокус; загрязненная оптика; неровный лист; толщина больше номинальной	Измерить толщину; снизить скорость на пробе; очистить линзу и зеркала; проверить расстояние до листа
Мутная или белесая кромка	Несоответствие энергии толщине и скорости; поток воздуха; особенности конкретного листа	Сравнить кромку на двух-трех значениях скорости; проверить воздух; сравнить с листом другой партии
Полосы на торце	Люфты и вибрации механики; нестабильная скорость на мелких контурах; колебания мощности источника; неравномерная толщина	Проверить натяжение ремней и крепления; повторить рез на другой скорости; повторить рез в другой зоне стола
Следы на поверхности: копоть, подтеки, отметки опор	Защитная пленка; недостаточная вытяжка; поток воздуха; отражение от опор	Повторить пробу с другой пленкой или без нее; проверить вытяжку; сменить опору
Отклонение размеров	Не учтен пропил; неверный масштаб файла; сдвиг листа	Вырезать тестовый квадрат и измерить; проверить масштаб; проверить фиксацию листа
Трещины после резки или при сборке	Внутренние напряжения листа; перегрев при резке; острые внутренние углы	Сравнить с другим листом; пересмотреть режим; по возможности скруглить внутренние углы детали

Нужно ли дополнительно обрабатывать кромку?

Не всегда. Если торец соответствует требованиям к изделию, его оставляют после резки. При заметных полосах, наплывах или матовости кромку обрабатывают дополнительно.