Лазерная абляция — это процесс использования лазерного излучения для удаления или разрушения вещества путем его испарения или сублимации. В этой статья мы расскажем. как работает лазерная абляция, какие есть особенности у этого процесса, и где она применяется.
Как происходит процесс абляции лазером
Во время лазерной абляции луч направляется на поверхность заготовки. Этот луч является излучением с большой энергией, которую материал начинает поглощать. В результате поверхность нагревается до предела и начинает испаряться. Предел у каждого материала свой, например у древесины до 200℃, а у полимеров может доходить до 900℃. Лазерный метод абляции используется для создания гравировок, маркировок и для очистки.
У каждого материала есть свой порог абляции, который лазеру необходимо преодолеть за счёт мощности и правильных настроек. Но какие параметры, собственно, влияет на процесс абляции?
Лазерная абляция: ключевые параметры
Длина волны
Лазеры отличаются длиной волны, есть с 1064 нм или с 355 нм. Длина волны лазера определяет то, с какими материалами он сможет работать, так как у каждого материала есть свой спектр излучения, которому он подвержен.
Чтобы материал поглотил излучение, а не отразил, нужно правильно подбирать лазерный источник:
- СО2 лазеры имеют длину волны 10640 нм и лучше всего взаимодействуют с органическими материалами, деревом, кожей, бумагой и тд.
- Волоконные лазеры имеют длину волны 1064 нм и применяются для обработки металлов. Хотя при этом могут гравировать, например, керамику или кожу.
- Ультрафиолетовые же имеют длину волны 355 нм и могут воздействовать почти на все - металлы и неметаллы.
Есть ещё другие типы лазеров, вроде зеленого, или лазерные источники с возможностью настраивать длину волны под задачи, но это тема для отдельной статьи.
Диаметр луча
Лазер приходит в рабочую область, будучи сконцентрированным в небольшое пятно. Диаметр этого пятна определяет:
- Насколько мелкие задачи сможет выполнять машина. Например, СО2 лазер имеет диаметр пятна 0,1–0,2 мм, тогда как ультрафиолетовый — примерно 0,02 мм, и поэтому он может делать миниатюрные маркировки, вроде надписей на ювелирных украшениях или печатных платах.
- Эффективность воздействия. Чем у луча меньше диаметр пятна, тем больше эффективность его воздействия, так как вся энергия фокусируется в этой области. По этой причине простая смена фокусирующей линзы может расширить возможности вашей машины.
Фокусное расстояние
Или расстояние от центра линзы до той точки, где сходятся преломленные ею лучи. Если это расстояние подобрано неправильно, то эффект и качество работы пострадают.
- Длиннофокусные линзы
Лучше всего подходят для резки материалов, в особенности толстых - Среднефокусные линзы
Универсальные и компромиссные. Подходят как для гравировки, так и резки материалов толщиной менее 8мм - Короткофокусные линзы
Эти чаще всего используются только для гравировки
В некоторых случаях используется метод работы с расфокусом, когда позиция фокуса находится выше или ниже поверхности заготовки. При лазерной резке металлов или гравировке материалов для визуального эффекта.
Режим работы лазера
Лазерные источники могут работать в двух режимах: непрерывном и импульсном.
Первые выпускают беспрерывное излучение с постоянным значением мощности на протяжении всего использования. СО2 лазерный гравер является типичным примером такого типа лазера.
Импульсные же будут подавать лазер короткими импульсами, которым можно задавать длину, частоту и пиковую мощность. Благодаря этому они лучше подходят для абляции.
Импульсные лазеры аккуратнее: они точечно воздействуют на зону обработки, не нагревая поверхность рядом с ней.
Длина и частота импульсов
Продолжая разговор об импульсных источниках. Им можно настраивать импульсы, и от этого зависит эффективность работы. Чтобы добиться лучшей лазерной абляции, нужно подобрать оптимальный режим.
Длина импульса
Для её обозначения используются микро, нано и пикосекунды (иногда встречаются фемтосекунды). Это то время, за которое источник успевает выпустить лазер с пиковой энергией и прекратить его.
Например, оптоволоконный лазер может иметь импульс с длиной 125 нс
Частота импульса
Частота определяет количество заданных импульсов в единицу времени (секунду). Чем больше этих импульсов в секунду, тем меньше энергии будет в каждом отдельном импульсе.
Необходим баланс между длиной и частотой импульса: если энергия слишком мала — абляция не произойдёт, если слишком велика — материал перегреется
Количество проходов
Некоторые лазерные аппараты имеют такой параметр при настройке, как количество проходов. Он позволяет дважды, трижды или хоть пятьдесят раз воздействовать на один и тот же участок. В результате происходит повторная лазерная абляция. Это приводит к образованию, например, глубокой или 3D гравировки.
Применение технологии лазерной абляции в промышленности
Лазерная очистка
Аппарат лазерной очистки использует абляцию для очистки поверхностей от гари, ржавчины, порошковых или акриловых красок, покрытий, жиров и другого. В этом деле важно подобрать настройки так, чтобы абляции был подвержен только слой загрязнения, а не сама поверхность материала.
Для лазерной очистки применяются оба вида лазерных источников, импульсные и постоянные, просто для разных типов работ.
Непрерывный лазер используется для очистки больших площадей от тонкого слоя загрязнения. Импульсный же — для очистки заготовок, чувствительных к высоким температурам
Маркировка и гравировка деталей
Лазерная абляция используется для создания маркировок и гравировок на поверхности материалов, просто с разной степенью интенсивности и мощности излучения.
В случае лазерной маркировки изображение или надпись наносится непосредственно на поверхность заготовки за счёт изменения её структуры и цвета. Гравировка же удаляет несколько верхних слоёв и “заглубляется” в материал.
Оба этих метода являются надёжным решением для нанесения QR-кодов, штрих-кодов, времени и даты, идентифицирующих меток или логотипов на продукцию.
Преимущества и недостатки технологии
Преимущества
- Бесконтактный процесс обработки; следовательно, меньше возможностей повредить обрабатываемую поверхность.
- Отсутствие расходников. Во время лазерной абляции нет необходимости прибегать к химическим веществам или абразивам. Удаление слоёв материала происходит за счёт лазера.
- Высокая точность. Благодаря этой возможности тонко настраивать лазер (в отличие, например, от химикатов), шанс повреждения заготовки значительно меньше.
- Автоматизация и скорость. Лазерные станки идут с системами ЧПУ, которые уменьшают время производства одной детали, а также повышают скорость работы.
Недостатки
- Так как в результате лазерной абляции материал испаряется, необходима хорошая система вытяжки для отвода дыма. Некоторые материалы и вовсе испускают не самые приятные (кожа) или полезные (пластики) испарения.
- Лазерный станок должен иметь правильную конструкцию и систему защиты, потому что отстрел лазера может повредить не только материал или машину, но и ваше здоровье. По этой причине на станках Wattsan появилась система Wattsan SAS (Safety Assurance System).
Лазерный станок Wattsan 1290 ST
Универсальный CO2 станок для резки
и гравировки с рабочим полем 1200x900 мм.
Сам по себе лазерный станок — довольно дорогое оборудование, если сравнивать с другими методами абляции. Но низкая стоимость эксплуатации и эффективность помогут вернуть вложения и выйти на доход.
Заключение
Лазерная абляция — это процесс удаления атомов с поверхности материала с помощью термического воздействия и последующего испарения. Этот метод абляции используется для создания гравировок, маркировок и для промышленной лазерной очистки и встречается в рекламной, мебельной, ювелирной индустриях, строительстве и многих других местах.
Если вам требуется помощь в выборе оборудования для лазерной абляции — оставьте заявку на нашем сайте или позвоните по номеру 8 (800) 777-17-87. Наши специалисты с удовольствием ответят на все интересующие вас вопросы и помогу сделать правильный выбор.
Часто задаваемые вопросы
-
Какой лазер лучше, импульсный или непрерывный?
Нельзя сказать, что какой-то из них лучше. Просто они применяются для разных задач. Непрерывные лучше подходят для лазерной резки и сварки, тогда как импульсные хороши в гравировке и чистке.
-
Опасна ли лазерная абляция пластиков?
Некоторые пластики (ПВХ и содержащие его вещества) и правда нельзя нагревать и испарять, так как они выделяют вредные для человека вещества. Однако если знать их перечень и не использовать заготовки с ними в составе, то пластики можно спокойно подвергать абляции.
Напоминаем, что лазером можно обрабатывать полиамид, PVC, нейлон, полиуретан, FR4, эпоксидка, бакелит, полипропилен, поликарбонат, полиэтилен, пластики на основе резины.
-
Сложно ли работать с композитами?
Работа с композитами — наиболее сложный этап, поскольку они состоят из нескольких материалов с разным порогом абляции. Для достижения стабильного результата обычно выполняют серию тестовых резов или гравировок, подбирая оптимальные параметры обработки. Тем не менее, при правильных настройках задача полностью решаема.