Как работает лазерный станок, станок для лазерной резки

Плата управления лазерным станком: M2 Nano, RuiDa

Так, ну и начнем тогда! А начнем мы с лицевой панели!

На данной модели установлена система управления RuiDa, а не M2. RuiDa — более крутая плата. Основные преимущества платы RuiDa:

1. Возможность изменять мощность лазера без помощи человека. Благодаря этому можно гравировать фотографии. На M2 можно сделать делать только однотонную гравировку за один проход.
2. Продолжение работы с момента экстренной остановки. Например, отключилось электричество — после его включения станок продолжит работу как ни в чем не бывало.
3. Возможность работы без компьютера, чтение файла с флешки.
4. Возможность подключения станка в локальную сеть.
5. Наличие русского интерфейса (для многих пользователей — это важно).
6. Возможность встраивания LaserWork в графические редакторы CorelDraw, Adobe Illustrator, Autocad, Inscape.
7. Компенсация люфтов.
8. Самодиагностика.
9. Поддержка мультипозиционирования (можно задать несколько опорных точек для начала работы).
10. Возможность просмотра слоев
11. Расчет точного времени обработки материала

Поменять плату с M2 на RuiDa можно поменять в любой момент, придется повозиться денек, правда.

На верхней фотографии изображена просто лицевая панель, а мозги станка выглядят иначе. Вот они:

Плата управления M2 Nano

Чтобы было понятно: данная плата состоит из:

1. USB UART преобразователь — передает и преобразует команды, поступаемые от компьютера к микроконтроллеру
2. Микроконтроллер — пребразует команды, непосредственно в движение самой лазерной головки и включение/отключение лазера. Делает он это с помощью драйверов шаговиков.
3. Два драйвера шаговых двигателей — контролируют ток шаговых двигателей.
4. Обвязка

Плата управления RuiDa

У RuiDa структура гораздо сложнее. Вот она в разобранном виде.

Здесь стоит уже шустрый 32-разрядный микроконтроллер TMS320, ПЛИС Altera и модули памяти. Это то, что увидел сразу, остальное не стал искать в интернете. Суть и так понятна. Возможности этой платы гораздо выше — это самостоятельный компьютер. Однако, у RuiDa нет на борту драйверов шаговых двигателей — их придется приобретать отдельно.

Станок rabbit

Rabbit Semiconductor – лидер в области изготовления процессорных модулей. Продукция компании разработана для тех случаев, когда возможности оборудования превосходят возможности управляющих микропроцессоров. При этом установка промышленного компьютера экономически невыгодна.

На фото изображен станок для лазерной резки Rabbit

В наибольшей степени это касается высокоточного, но не слишком мощного оборудования, предназначенного для сложной работы с материалом в небольшом объеме. Гравировка, резка, формирование 3D изображений на деталях небольшого размера – типичные представители этой категории.

Технические характеристики

Тип лазера – газоразрядный, так как он относится к наиболее экономичным и работает в двух режимах. Мощность лазера – 40 Вт. В моделях серии SC есть возможность установки более мощного лазера – 80 Вт, 130 Вт.

В серии SG в базовый комплект входят две лазерные трубки. Таким образом можно сократить сроки работ, обрабатывая сразу две детали. Или применить метод комбинации лучей для получения изображения внутри массы материала. Такой способ подходит только для силикатного или хрустального стекла.

Размера рабочего стола – серия HX относится к мини-станкам. Здесь размер рабочего стола не превышает 300*420 мм. В других линейках размеры колеблются от 300*500 до 1600*900 мм. В отдельных моделях при небольшой величине рабочего стола предусмотрена функция рулонной протяжки. Это позволяет обрабатывать объемные листы без предварительного разрезания.

Загрузка файлов проекта осуществляется через USB-порт. При этом постоянного контакта с ПК не требуется: файлы загружаются в рабочую память вместе с заданными настройками.

Возможности

Лазерные станки Rabbit предназначены для обработки неметаллических материалов: дерева, фанеры, ткани, бумаги, пластика и, конечно, оргстекла. Функции, выполняемые станком, стандартны:

• Резка – толщина линии реза составляет 0,1 мм. В зависимости от мощности толщина листа материала колеблется от 5 мм до 25 мм.
• Гравировка – точность позиционирования составляет не более 0,01 мм. Таким образом получают гравировку идеальной точности и минимальной глубины, например, на бумаге.
• ПО позволяет загрузку файлов с рабочего компьютера, с флешки или другого носителя.

Преимущества

Кроме стандартных преимуществ лазерно-гравировальных станков – точность резки, скорость обработки, отсутствие материальных потерь и износа техники, оборудование от Rabbit отличается дополнительными преимуществами:

• Возможна замена лазерных головок на более мощные, что весьма экономично.
• Простота управления – одна из принципиальных особенностей процессорных модулей Rabbit.
• Требуемое напряжение – только 220 В.

Драйвера шаговых двигателей для лазерных станков

Не мчитесь приобретать сразу самые дорогие драйвера. У драйверов три основных параметра: ток, минимальная длина периода для сигнала тактирования STEP, и максимальный микрошаг. Если есть вопросы — лучше спросите НА ФОРУМЕ

Для маленьких лазерных станков серии HOBBY и OPTIMA мы даже сделали специальную плату расширения.

С помощью этой платы мы можем установить вместо стандартных драйверов — драйвера помощнее, или наоборот — драйвера, которые заставят работать двигатели абсолютно бесшумно. Эта идея пришла мне в голову после того, как я собирал очередной станок и мне потребовались драйвера, но в запасах все закончилось. Купил в одном Питерском магазине недешевые шаговые двигатели и поставил на станок — вроде все работает, погонял на высоких скоростях и все — пропуск шагов сразу. Долго думал в чем проблема, пока не догадался разобрать. Оказывается вместо фирменной микрухи, там стоял какой-то китайский новодел. Пришлось с нашего офисного станка снять драйвера для того, чтобы человеку не задержать поставку, правда, теперь у человека стоят супер мощные драйвера на 5 Ампер, хотя в реальности нужно 0.5 Ампер и 1 Ампер. Мы станки все подписываем, так как люди так гораздо быстрее осваиваются. Драйвера на данном станке установлены справа.

Ну а я сделал тем временем для нашего штатного станка такое временное решение:

Взял с наших 3Д принтаков драйвера и настроил под них Руиду, все подпаял, ну и до прихода новых драйверов все пока так и будет в таком состоянии. Главное все работает и на больших скоростях. Гравировка со скоростью 500 мм/с без проблем.

В общем, задача драйверов шаговых двигателей — обеспечить правильный ток на обмотках и не тормозить при приеме управляющих сигналов с микроконтроллера, для того, чтобы двигатели быстро и точно обеспечивали перемещение сопла лазера над рабочим полем.

Рейтинг лучших станков для лазерной резки на 2022 год

Бюджетные модели

2-ое место: WATTSAN MICRO 0203

Отличный образец домашнего станка, предназначенный исключительно для декоративно-прикладных целей. С его помощью легко вырезать узорные детали из тонколистовой фанеры или выполнять орнаменты на оргстекле. Благодаря свои чрезвычайно малым габаритам, для его установки даже не потребуется отдельное помещение.

WATTSAN MICRO 0203

Достоинства:

• Малые габариты;
• Экономичная стоимость;
• Достаточная толщина обрабатываемого материала (5-12 мм).

Недостатки:

• Узкое направление применения.

1-ое место: ZERDER FLEX 1060

Модель от достаточно молодой, но уже становящейся популярной немецкой компании. Имеет довольно большие габариты и обладает сравнительно высокой точностью позиционирования лазерного луча. Благодаря увеличенной рабочей поверхности может работать с заготовками большого размера.

ZERDER FLEX 1060

Достоинства:

• Большой рабочий стол;
• Невысокая цена;
• Лазерная трубка рассчитана на 6000 часов.

Недостатки:

• Маломощный лазер.

Образцы среднего класса

2-ое место: MCLASER 4030 METAL

Универсальный станок, способный работать как с металлами, так и с более тонким материалом. При весьма мощном лазере может применяться и в бытовых условиях, благодаря сравнительно небольшим габаритам и весу (вполне можно установить в домашней мастерской). Однако, площадь рабочего стола невелика – 40 на 30 сантиметров.

MCLASER 4030 METAL

Достоинства:

• Отличное качество комплектующих (несмотря на азиатское происхождение);
• Универсальная модель;
• Способность резать металл толщиной до 2 мм.

Недостатки:

• Маленький рабочий стол.

1-ое место: RABBIT FB 2030

Широкоформатный агрегат, позиционирующийся на рынке в качестве профессиональной модели. Обладает высокой скоростью резки, площадь рабочего стола составляет 2 на 3 метра. В конструкции установлены два мощнейших лазера и система позолоченных зеркал. Прекрасно подойдет для узкоспециализированной мастерской. Срок службы лазерной трубки расширен до 6500 часов.

RABBIT FB 2030

Достоинства:

• Многофункциональность;
• Увеличенная рабочая поверхность;
• Допустимая толщина для хрупких материалов – 28 миллиметров!

Недостатки:

• Большие габариты;
• Высокая цена.

Модели из премиум-сегмента

2-ое место: MCLASER 1530 750W METAL

Очень мощный станок, ориентированный непосредственно на работу по толстым металлическим сплавам. Способен разрезать заготовки толщиной до 10 миллиметров. Рабочая поверхность достаточно велика – 1,5 на 3 метра. Отличается повышенной производительностью и скоростью работы.

MCLASER 1530 750W METAL

Достоинства:

• Срок работы лучевой трубки расширен до 10000 часов;
• В комплект входит отдельная операторская панель;
• Мощность увеличена.

Недостатки:

• Большой вес и габариты;
• Очень высокая цена.

1-ое место: Fiber FB1325

Данная лазерная машина имеет в своей конструкции оптоволоконный генератор повышенной мощности, западноевропейские линейные направляющие, высокоточную систему ЧПУ. Аппарат способен работать по толстым металлам и их сплавам. В общем характеризуется высокой эффективностью и экономичностью резки.

Fiber FB1325

Достоинства:

• Полностью профессиональная модель;
• Универсальна и многофункциональна;
• Применяет технологию экономичной резки.

Недостатки:

• Не обнаружены (для своего сегмента).

Блок розжига лазерной трубки

Можете вернуться к прошлому рисунку — этот блок подписан. Достаточно массивный черный короб. Еще один важный элемент лазерного станка. Для того, чтобы трубка работала, этот блок поднимает напряжение на своих выводах до напряжения более 20 кВ и поднимает его до тех пор, пока в трубке не начнется разряд. Если трубка вышла из строя и разряд так и не начался, то блок высокого напряжения либо отключится, либо продолжит выдавать максимально высокое напряжение, что может вывести его из строя.

Будем считать, что трубка исправна и разряд начался — теперь блок высокого напряжения включает стабилизатор тока для поддержания необходимого тока вне зависимости от нагрузки в цепи. Напряжение, как правило, при этом уменьшается.

Достоинства и недостатки лазерной резки

Несомненными достоинствами можно назвать следующее:

• Лазерная резка способна обрабатывать различные материалы;
• Отсутствие прямого механического соприкосновения практически исключает риск повреждения обрабатываемой поверхности;
• На станке возможно выполнять работу любой степени сложности, при этом получение идеально ровных разрезов и линий гарантировано;
• Выполняемая работа характеризуется высокой производительностью и скоростью;
• Сам процесс осуществляется бесшумно, большое количество пыли и мусора отсутствует.

К минусам работы лазером можно отнести:

• Штамповочной метод обработки заготовок стоит значительно дешевле лазерного;
• В ходе обработки деревянных поверхностей в местах ее контакта с лазерным пятном остаются следы темного цвета;
• Сами лазерные станки (особенно промышленные образцы) стоят очень дорого;
• Существуют ограничения в области толщины рабочей поверхности материалов.

Ассортимент изделий, которые возможно изготовить на лазерном станке весьма широк, агрегат отлично подойдет для изготовления:

• Различных трафаретов и заготовок из фанеры;
• Металлических конструкторов и отдельных их элементов;
• Печатей и штампов;
• Уличных вывесок и дорожных указателей;
• Дизайнерских открыток;
• Предметов сувенирного назначения с гравировкой;
• Элементов декора, содержащих резные узоры;
• Декораций и ширм;
• Макетов для архитектурных проектов и многого другого.

Лазерная трубка

О, это самое интересное место. Здесь для многих начинается что-то загодочное и непонятное. Давайте начнем с простого: что такое лазерная трубка?

Начнем с самого простого определения. Лазерная трубка — это стеклянная колба, которая имеет 3 внутренние полости. По средней из полостей течет вода или другая охлаждающая жидкость. А вот в других двух полостях находится смесь газов. Что же за смесь газов такая?

Она состоит из:

1. CO2 (углекислый газ) — газ, благодаря которому и происходит выделение энергии в виде фотонов. В совокупности и дающие лазерное излучение.
2. N2 (Азот) — является хорошим резонатором. Большую часть поглащаемой энергии он переводит в колебания, заставляя частицы CO2 сталкиваться между собой.
3. He (Гелий) — он увеличивает скорость испускания фотонов. Но у Гелия также высокая теплопроводность, благодаря чему удается поддерживать низкую температуру CO2. А низкая температура CO2 позволяет создать высокую заселенность низких энергетических уровней. Благодаря этому CO2 может испустить больше новых фотонов. Ну и низкая температура CO2 замедляет скорость его деградации. Но атомы Гелия очень маленькие и они просачиваются даже через стекло, из которого сделана лазерная трубка. Поэтому старая трубка (более 2-х лет), которой даже ни разу не пользовались будет иметь низкую мощность излучения, а также очень быстро придет в негодность из-за деградации CO2.

Фотон излучается в следующих случаях:

1. Заряженная частица CO2 сталкивается с фотоном или нейтральным атомом.
2. Столкновение атомов N2 с атомами CO2
3. Воздействие внешнего электромагнитного поля

Для того, чтобы создать положительную обратную связь в трубке есть оптический резонатор.

Структура лазерной трубки

Резонатор состоит из стеклянной колбы (отмечена рыжим) и двух зеркал. У одного коэффициент отражения 100% (на практике 98%), у другого — 50%.

В оптическом резонаторе происходит интерференция волн. Волна, идущая вблизи оси резонатора усиливается, происходит отражение от зеркал. Причем при каждом таком отражении волна только частично проходит через зеркало с коэффициентом отражение 50%. Собственно первые 50% подаются непосредственно для резки материала, а вторая половина отражается и остается в резонаторе.

Чем выше температура лазерной трубки, тем более бледным становится разряд фиолетового цвета.

Линзы, зеркала оптическая фурнитура

В лазерных граверах Alfa-J применены держатели зеркал последнего поколения, защитный кожух защищает от пыли и продуктов горения, позволяет легко найти центр зеркала при юстировке:

Такой реализации мы еще не встречали ни на одном конкурентном станке. Также обратите на систему юстировки положения зеркал, имеется регулировка как смещения в основании держателя, так и трех точечная регулировка наклона зеркала с фиксирующими контргайками, такая система позволит точно натсроить и надежно зафиксировать положение настройки на весь период эксплуатации.

Зеркала на выбор как цельные из молибдена, такие зеркала можно отполировать на полировочном столе слесаря инструментальщика при помутнении, так можно установить и кремниевые с медным напылением — такие зеркала полировке не поддадутся, но и дешевле.

Диаметр зеркал и линз имеют значение при специализации станка под гравировку или резку. Так зеркала и линзы большого диаметра отражают и пропускают лазерный луч с минимальными потерями по мощности что хорошо для резки, но в гравировке более важным становится характеристика размера светового пятна, и чем меньше будет диаметр лазерного луча на входе в линзу, тем компактнее будет световое пятно на материале. А так как любой луч, даже лазерный имеет свойство рассеиваться как луч фонарика становится шире при удалении, так и для гравировки лучше использовать оптику с меньшими диаметрами чтобы минимизировать диаметр луча при транспортировке от излучателя до линзы в головке, поэтому в граверах используются зеркала диаметром не более 20мм, и линзы диаметром не более 15мм.

За компактность светового пятна на материале также отвечает материал линзы, так арсенид галлия (GaAs) имеет более высокий коэффициент преломления и более предпочтителен для гравировки, а линзы из селенида цинка (ZnSe) имеют меньший коэффициент преломления и предпочтительны для резки.

Для сравнения фото плохой фурнитуры, крепление на тонком гнущемся уголке, фиксация контргайкой — сбивает выставленные настройки, экономия даже на фиксаторе пружины — сделано из шпильки:

Система зеркал лазерного станка

Я надеюсь, что вам теперь стало понятнее, как работает лазерная трубка. Вернемся к той половине излучения, которую выпускает на волю зеркало с 50% отражением. Это излучение и будет производить резку материала. Но для начала надо его правильно направить. От правильной настройки зеркал очень сильно зависит качество реза.

Как только излучение выходит из трубки, то оно попадает на поверхность зеркала для оси X. Это зеркало недвижимо, настройку надо начинать именно с него. Главная задача — сделать так, чтобы луч, отраженный от этого зеркала попадал в одну и ту же точку зеркала по оси Y. Оно не обязательно должно попадать в центр, главное — чтобы в одну точку.

После того, как зеркало по оси X настроено, необходимо настроить зеркало по оси Y абсолютно таким же способом. Последнее зеркало — это зеркало для линзы. Его задача правильно подать луч на линзу, благодаря чему линза правильно и точно сфокусирует излучение, а вы получите качественный рез.

У некоторых людей, купивших станок где-то на стороне возникает проблема. Даже если все зеркала четко настроены, то в разных местах луч бьет не в одну точку. Ответ на эту проблему практически однозначен — вина кроется в механике и направляющие станка не параллельны.

Примерный порядок использования

Основные правила эксплуатации станка довольно просты, но знать пошаговый порядок все же необходимо, дабы впоследствии не запутаться:

• Для начала нужно подобрать рисунок, который будет вырезаться;
• После чего следует загрузить изображение (фото) в операционную программу аппарата, одновременно проверив чистоту рабочей поверхности линзы. Если загрязнение имеет место быть, то линзу нужно протереть ватной палочкой, смоченной в спирте;

ВАЖНО! Протирать водкой линзу нельзя, так как эфирные масла, имеющиеся в ее составе, образуют на линзе при высыхании тонкую пленку, которая приведет к рассеиванию луча!

• Включив агрегат, необходимо подождать пока он прогреется;
• Далее следует выбрать метод обработки: «растр» для гравировки и «вектор» для резки;
• Затем нужно определить ширину линии для разреза (стоит помнить, что широкие линии выполняются долго);
• По окончании всех операций процесс начнет выполняться, при этом время на изготовление будет зависеть от материала обработки и установленного скоростного режима.

Фокусировка линзы, подъемный механизм стола

Настройка фокуса линзы может происходить тремя способами:

1. Ручная фокусировка: ставится на самых бюджетных моделях, вы сами подкручиваете высоту линзы. Абсолютно нормальный ручной способ, благодаря отсутствию дополнительных механических частей, такие станки весьма небольшие.
2. Фокусировка с помощью подъемного стола. Здесь стол уже соединен с винтовыми штангами, которые приводятся в действия двигателем.

   Винтовые шатнги, двигатель и сотовый стол

3. Фокусировка с помощью подъемного стола + автофокусировка. Тоже самое, что и второе, но около сопла стоит концевик или датчик расстояния. Благодаря такому устройству, вы просто кладете лист материала на стол, а станок сам настроит фокус. Правда, бывают и курьезные случаи. Иногда ставят концевики в виде тонкой кнопки. Люди тоже бывают невнимательны, уставшие. И вот если сопло окажется не над листовым материалом и вы включите автофокус, то очень высокая вероятность, что кнопка провалится между сотами стола или ламелями, станок не заметит препятствия и продолжит поднимать стол. Чем все заканчивается, я здесь показывать не буду). Вывод: смотрите, чтобы концевик был достаточно толстым, будьте более внимательными или фокусируйте вручную, это занимает не больше минуты.
4. Доп. опция — RED LIGHT фокусировка. Если честно, я ей никогда не пользуюсь, может быть зря, но мне как-то проще сделать мерную фигурку и отфокусировать по ней.

Материалы для обработки

С помощью лазерных аппаратов с числовым программным управлением можно обрабатывать такие материалы: акрил, полиэстер, двухслойный пластик, фанеру, шпон, дерево, картон и бумагу, кожу, камень, стекло, зеркало и др.

А с помощью бесконтактной технологии также возможна обработка достаточно тонких материалов (бумаги, кожи и прочего) – это материалы, работу с которыми еще недавно было довольно сложно автоматизировать.

Охлаждение лазерной трубки

Тут я бы сделал разделение на три типа:

1. Чиллер CW3000 — достаточно бесполезный вариант. Суть его работы заключается в следующем. CW3000 — это емкость примерно на 9 литров с радиатором, помпой и вентилятором. Все. Как вы понимаете трубка достаточно быстро прогревает 9 литров и радиатор с вентилятором не справляются с охлаждением, так как станки устанавливаются в отапливаемых помещениях.
2. Помпа — не смотря на то, что этот вариант дешевле, но он оказывается эффективнее. Главное использовать большую емкость — от 35 литров. При такой емкости трубка никак не успевает нагреть воду. Главное, чтобы в помещении было не слишком жарко. Как правило, в большинстве пром. помещений и домах температура в районе 22 градусов это в пределах нормы.

   
   Но бывает люди покупают станок себе домой, а место есть только рядом с батареей. Это очень плохой вариант, но в данном случае можно замораживать бутылки с соленой водой в морозилке и на время резки класть их в емкость.

   Читайте также:  Основные причины разбрызгивания металла от полуавтоматической сварки
3. Чиллеры CW5000, CW5200 — не дешевый вариант, такие чиллеры просто необходимы для мощных трубок. Их преимущество заключается в том, что даже в жаркую погоду вы сможете работать на станке без каких-либо страхов за трубку, так как такие чиллеры работают по принципу холодильника.

Технические характеристики основных типов лазерных установок

В зависимости от обрабатываемого материала, они могут подразделяться на:

• Твердотельные лазеры импульсно-периодического типа с ламповой подкачкой (мощность на выходе: 50 – 1000 Ватт) используются для резки толстых металлов;
• Лазеры твердотельные с диодной подкачкой DPSS применяются для металлов средней толщины;
• Непрерывные газовые инфракрасные лазеры СО2 (выходная мощность до 400 Ватт) используются для работы с неметаллическими заготовками (резина и полимеры, а также древесина);
• Непрерывные газовые СО2 лазеры (мощность на выходе – от 0,7 до 6 Киловатт) подойдут для работы с легированной сталью, черными металлами, некоторыми видами металлических сплавов, а также для неметаллических материалов;
• Оптоволоконные лазеры (выходная мощность от 0,4 до 15 Киловатт) – для точечной резки.

На текущий момент использование лазерного оборудования не может полностью вытеснить с рынка классические методы металлической резки. Поэтому, их эффективное применение становится возможным только тогда, когда обрабатываемый материал подобран грамотно, исходя из возможностей оборудования и когда использовать традиционный метод становится трудоемко либо полностью невозможно.

Программное обеспечение

Большинство китайских станков работают с одним ПО – Ez.Сad.

В целом, ПО – это то, к чему можно привыкнуть, используя для нужных задач. Но надо понимать, что китайский производитель мало интересуется удобством российского предприятия.

Например, возьмем любую серьёзную российскую компанию, которой нужно создавать чертежи из «Компаса», шрифты или гравировку по ГОСТу и т.п., будьте уверены – у «Ez.Сad.» никогда не появится нужного обновления, адаптированного под российскую конструкторскую документацию, ГОСТы и нормы.

Если же нам нужно сделать обычную гравировку, нанести несколько символов на наградном кубке «Василию Ивановичу за победу в марафоне» шрифтом Times New Roman, то «Ez.Сad», безусловно, справится – и в данном случае смысла нет переплачивать.

Нужно понимать, что современный лазерный станок — это не только система нанесения, но и возможность использовать дополнительные оси, дополнительные столы, линейные перемещения, вращатели и т.д.

Что-то из вышеперечисленного «Ez.Сad.» делает: какие-то картинки можно нанести с использованием вращателя. Но, если вы хотите создавать лимбы и шкалы, и в них важно учесть определенную глубину, рельеф или форму гравировки, будьте уверены – прекрасного качества ждать не стоит. Как только у гравировки появляется потребность использовать на вращателе размерность (например, ширина линии 117 мкм, а глубина 23 мкм), то делать подобные операции в «Ez.Сad» очень мучительный и практически бесполезный процесс.

Все российские производители делают своё ПО, следовательно:

• Это позволяет адаптировать ПО под ваши задачи.
• Многие компании существуют больше 10 лет, соответственно, за такой срок они поработали с такой задачей, как у вас и ещё сотней другой.