Гид по лазерным станкам

Ввиду большого количества вопросов о станке решил написать статью из разряда «гид для новичка». Я думаю в ней вы найдете ответы на многие вопросы, а оставшиеся сможете задать в комментариях.МОЗГИ! В качестве «мозгов» могут быть использованы Arduino Uno, Nano, Mega2560, специализированные контроллеры M2 Nano, либо автономные контроллеры типа Ruida rdc6442 или Trocen awc708c.

Остановимся чуть поподробнее на каждом:

Arduino. Использование этих плат несомненно дешевле готовых контроллеров в десятки раз. Под них имеют различные прошивки, к примеру Marlin Laser (MEGA), GRBL (GRBL MEGA), RIBS (Платная, только под Uno и Nano), ArrSoft (так же только Uno и Nano). Вы сможете производить резку и гравировку используя сгенерированный Gcode. Как можно понять не все так радужно. Имеется рад недостатков:

-во первых вы ограничены в скорости движения осями. Если принтеры с использованием Mega2560 могут печатать до 200мм/сек то для гравера этой скорости недостаточно, или если быть точнее гравер способен работать на куда более высоких скоростях вплоть до 1000мм/сек, а порой и быстрее. По моему опыту мне не удалось заставить работать гравировку на скорости более 150мм/сек (не забывайте, что кроме импульсов на двигатель подаются на лазер и их частота напрямую зависит от гравируемого изображения). Хотя тут все немного сложнее чем кажется, но не буде на этом останавливаться.

- во вторых довольно неудобно готовить Gcode для работы. Резка и гравировка являются разными операциями и Gcode для них немного разный, точнее делается в разных программах, вы конечно можете в итоге просто объединить 2 файла в один, но придется постараться совместить все элементы в правильных местах, что не очень та удобно. Сама процедура подготовки тоже довольно муторный процесс. PS. Тут я вставлю 5копеек о платных программах, в частности RISB, она работает не по Gcode, а по собственному алгоритму и со своей прошивкой плат. Программа умеет преобразовывать растровые изображения для гравировки с динамически изменяемой скоростью и мощностью, так же она умеет читать PLT что значительно упрощает работу по резке, скорость, мощность и кол-во проходов задается в самой программе, в отличии от Gcode где скорость и мощность задаются при формировании.

M2 Nano. Является базовым контроллером дешевый СО2 лазеров, сама по себе плата «бесполезна», потому что работает через специализированное ПО требующее специального USB-ключа. Пока ключ вставлен программа работает. Плата позволяет работать станку относительно полноценно, передвижения по осям будут быстрыми, обработка макета может быть сразу и гравировкой и резкой, т.е. можно уже полноценно делать партию изделий. Стоимость контроллера с ключом около 7000р.

Автономные контроллеры. Являются полноценными контроллерами для лазерной обработки. Они имеют мощные 32-битные процессоры, умеют управлять 4-5 осями и даже несколькими головами, имеют цветной экран, на нем вы в реальном времени видите выполненную работу, сохраненные проекты, позволяют вносить правки в готовые проекты и измерять параметры прямо во время работы, так же, как следует из названия, могу работать автономно, поддерживают как готовые проекты для работы (сделанные в прикладных программах) так и множество других форматов, включая bmp. Jpg, plt, dxf и прочие. Поддерживаются USB-флешки, USB подключение к компьютеру, а так же LAN-подключение к общей сети, так что проекты можно скидывать прямо по сети. Стоимость таких контроллеров начинается от 15000р. ВАЖНО! Стоит отметить, что контроллер работает на большой частоте, вследствие чего использовать драйвера типа А4988 и подобные нормально не получится, будут постоянные сбои, особенно в режиме гравировок. Если собрались приобрести контроллер, готовьтесь к попутной покупке драйвера, как минимум TB6600, а лучше DM542(442)

Программ для подготовки довольно много, если быть точнее их много для подготовки растровых изображений, с векторными победнее. К примеру, неплохая программа LaserGRBL, она умеет преобразовывать растровые изображения для последующей гравировки либо динамической мощностью, либо плотностью черных точек, либо просто векторизовать изображение (иногда бывает полезным). Работать с вектором программа не умеет. Для резки придется использовать программы для преобразования векторных файлов в Gcode, таких программ лично я нашел несколько. К примеру HPGL2CNC. Она позволяет plt в cnc(gcode), при преобразовании необходимо сразу указать начало координат, скорость и мощность. Так же интересная программа ImageToGCode. Она преобразовывает svg(его можно получить при импорте в corel) в Gcode. Позволяет сразу увидеть, что получилось в GcodeКроме комбинированных программ, есть и те, что делают только подготовку растрового изображения либо только управляют самим станком. К примеру Candle (она же grblControl) Немного подробнее с самих лазерах. В основном в ходу диодные и углекислотные.

Диодные лазеры имеют сравнительно малую мощность, от 5мв до 6.5вт в постоянно режиме (до 300% в импульсном). Они могут иметь различный цветовой диапазон (зависит от длинны волны), самый популярный синий (сине-фиолетовый) 440-450нм ввиду того что этот спектр хорошо воздействует на различные материалы, лучше, чем тот же красный. Диодный лазер хорошо подходит для гравировок ввиду широкого диапазона регулируемой мощности. Для резки они подходят плоховато, но все равно могут это делать. Стекло для них является прозрачным (в отличии от углекислотного лазера), поэтому для гравировки на стекле необходимо предварительно его окрашивать. Диодные лазеры удобны тем что по сути все находится в одном небольшом корпусе и имеет небольшой вес, благодаря этому станки с диодными лазерами могут быть очень маленькими, в отличии от углекислотных где самая маленькая лазерная трубка имеет длину 50см. К тому же у диодных лазеров линза вкручена в корпус лазера и фокусное расстояние может быть отрегулировано в широком пределе.

СО2 лазеры представляют из себя лазерную трубку, в большинстве стеклянную, но есть и твердотельные, наполненную смесью газа на основе углекислоты, через полость которой проходит электрический разряд высокого напряжения (20-35киловольт и довольно малого тока 20-50мА). В основном распространены лазерные трубки от 30 до 180вт, их вполне достаточно для резки многих неметаллических материалов (фанеры до 25мм). Длинна трубки сильно зависит от ее мощности, так трубка 30вт имеет длину 50см, а трубка 180вт почти 2 метра, кроме этого растет и толщина, но не сильно, от 5 до 8см.

Лазерные трубки охлаждаются водой. Проток воды через трубку должен быть не менее 2литров в минуту, чем мощнее лазер, тем интенсивнее должен быть поток. Если для трубок 30-60вт обычно достаточно емкости с холодной водой, то для более мощный, особенно при продолжительной работе, нужны специальные охладители - чиллерами, они представляют из себя охладительную установку (тот же холодильник) с водяным резервуаром, помпой и электроникой для поддержания заданной температуры (хотя некоторыми хитростями можно обходиться и без них). Вся проблема в том, что температура воды в трубке не должно превышать 20°С, в противном случае ускоряется деградация газа в трубке и уменьшается ее ресурс. Стоить отметить, что газ так же разлагается со временем, в среднем за 3 года. Кроме того, продолжительную работу необходимо проводить на пониженных мощностях, до 80%, даже гарантийный срок работы указан при условии работы на мощности менее 80% и должном охлаждении. Чем ниже мощность и температура, тем дольше проживет трубка.

Работает трубка от высоковольтного блока питания со стабилизацией тока (после образования излучения напряжение в трубке значительно снижается). Управление мощностью производится подачей с контроллера на управляющий контакт напряжения от 0 до 5в.

В разрыв минусового провода устанавливается миллиамперметр, причем желательно аналоговый, он позволяет видеть на какой мощности работает трубка и упрощает выявление проблем, когда ухудшается резка и подобные.

Хочу отметить что лазерные трубки до 50вт дешевле покупать в Китае, более мощные куда дешевле в России (это из за трудностей транспортировки, трубку очень хорошо упаковывают, к примеру трубка Reci w2 упакована в деревянный ящик 2х0.5х0.5метра)

Линзы Линзы СО2 лазеров в основном делают из Селенида цинка (ZnSe) и Арсенида Галия (GaAs). Линзы из ZnSe более дешевые и имеют малое поглощения излечения, но при это менее прочные, чем GaAs. GaAs в свою очередь более прочное и износостойкое, но дороже и имеют большее поглощение излучения. На практике в основном берут ZnSe линзы, их при должном уходе может хватить на несколько лет интенсивной работы. Стоимость ZnSe линзы зависит от диаметра, который в свою очередь зависит от мощности лазерной трубки. К примеру линза 20мм стоит около 700р. Стоимость GaAs того же размера от 1000р

Диаметр линзы (как и зеркал) определяется размером станка, точнее максимальной длинной лазерного луча на самом отдаленном участке. Дело в том, что лазерный луч не прямой, а слегка конусный и идет на расширение. Кроме этого, чем больше мощность лазерной трубки, тем больше будет пятно. Из за этого на станках с большими полями лазерная трубка находятся прямо на портале и двигается вместе с осью Х. Самая маленькая линза всего 12мм, она подойдет для станка с небольшим полем и малой мощностью. Но могут возникнуть трудности с настройкой. Обычно используют линзы 18-25мм, их вполне достаточно для станков в 150вт с портальной установкой трубки.

Отдельное внимание стоит уделить фокусному расстоянию линзы. По стандарту оно измеряется в дюймах от 1 (короткофокусные) до 5 (длиннофокусные) через 0.5 дюйма, для понимания удобнее переводить в мм, от 25 до 125мм. Короткофокусные в основном используются для гравировки, они имеют самый плотный поток в точке фокусировки, но мало пригодны для резки. Длиннофокусные обладают прямо противоположными свойствами. Нужно либо искать компромисс при смешанной работе, либо использовать 2 линзы смотря какой вид работы будет выполняться. Есть формулы, позволяющие вычислить диаметр фокусного пятна и эффективную длину фокуса. Я сделал небольшую табличку, чтобы можно было сразу увидеть разницу между разными фокусными расстояниями линз. Расчеты производились исходя из применения 80вт лазерной трубки на небольших расстояниях. Я думаю эти данные помогут вам сделать правильный выбор линзы.О зеркалах.

Зеркала для СО2 лазера в основном бывают 3х типов: SI(кремний с золотым покрытием), K9(некий материал К9 (информации мало, видать крайне секретный))) с золотым напылением) и MO(Полированный молибден). Чуть поподробнее о каждом:

Зеркала К9встречаются в основным на зарубежных магазинах и они не очень популярны, это обусловлены тем, что цена их как у МО зеркал, но значительно им проигрывает по эксплуатационным качествам, к тому же они предназначены для лазеров мощностью менее 60вт. В общем – не серьезно.

Зеркала SI изготовлены на подложке из кремния методом напыления и полировки золота. Они имеют наивысшую степень отражения луча (98.8%), но имеют значительный недостаток – полированная поверхность очень мягкая и даже самый бережный уход оставляет микроцарапины, обычно после 3-5 протирок уже приходит необходимость замены ввиду больших потертостей, а цена этих зеркал довольно высока, в несколько раз выше МО зеркал.

MO зеркала изготовлены из молибдена одна сторона которого отполирована до состояния зеркала. Эти зеркала самые популярные, и не зря. Цена из невелика, зеркало 20мм стоит около 200р. Они имеют отличные отражающие свойства (98%) и очень прочные, зеркальную поверхность не так просто повредить, так что не возникает проблем с очисткой оптики.

Воздух. В место реза необходимо подавать воздух под давлением. Это необходимо для повышения качества и глубины реза. Стоит отметить, что при гравировке с сильной подачей воздуха картинка получается темнее, так что желательно реализовывать регулировку. Расход воздуха 20-40л/мин, в зависимости от диаметра сопла (чем оно ниже, тем меньший расход). Желательно чтобы воздух поступал в корпус с линзой, при этом линза будет находиться в зоне избыточного давления и это не позволит продуктам горения на нее воздействовать. Для подачи воздуха используются специальные компрессоры для аэрации прудов (цена их от 4т.р. и выше), необходимо учитывать расход, он должен быть не менее 30 литров/мин, либо использовать обычные масляные компрессоры, только обязательна установка влаго-масло отделителей, иначе линза быстро будет приходить в негодность ввиду образования масляной пленки, которая под воздействием лазера будет выгорать. При использовании компрессора для прудов его запуск можно реализовать через реле, а в случае с обычным удобнее использовать пневмоклапан, цена их не велика (порядка 350р) На этом я заканчиваю своё повествование. Надеюсь теперь у вас стало намного меньше вопросов связанный с лазерными станками.

Всем спасибо за внимание.

P.S. Все цены приводились с учетом заказа с Алиэкспресс и подобных интернет площадок.