Лазерная гравировка на металле своими руками

Лазерно-гравировальные станки с ЧПУ отлично справляются с нанесением изображений на поверхности заготовок из самого разного материала. При этом технические характеристики лазерных станков (высокое разрешение оптической системы, прецизионная механика, «умная» электроника) позволяют гравировать изображения с очень высоким качеством. Даже узоры, изобилующие мелкими деталями получаются контрастными, чёткими с идеальной детализацией. Причём такие показатели достигаются на вполне «бюджетных» моделях лазерных станков. А настольные мини-граверы зачастую обеспечивают даже лучшие качество гравировки, чем старшие «собратья», хотя и уступают им в производительности резки.

Для гравировки изображений в память лазерного станка с ЧПУ загружается программа, базирующаяся на векторном или растровом графическом файле. Такой алгоритм позволяет максимально упростить программирование станка — любая работа дизайнера уже является заданием на обработку. Графический эскиз требуется лишь незначительно доработать. Специальный «софт» поможет создать на базе эскиза маршрут движение излучателя и экспортировать его в файл, «понятный» для ЧПУ-контроллера лазерного станка. В свою очередь кинематические характеристики инструментального портала станка (несущего лазерный излучатель) позволят воплотить сложный маршрут обработки — вплоть до создания 3D-изображений (на 100% соответствующих исходному компьютерному эскизу).

Особенности лазерной обработки металлов

Лазерные станки с ЧПУ способны работать с очень широкой гаммой материалов, обеспечивая при этом высочайшее качество гравировки. Так, даже для мелких изображений невооружённым глазом различимы символы, площадью до 1 мм2. Однако подобная лёгкость справедлива лишь для неметаллических заготовок.

Для большинства моделей недорогих СО2-лазерных станков с ЧПУ металл является «твёрдым орешком». Во-первых, принципом обработки лазером является воздействие лучом концентрированной энергии на поверхность заготовки. За счёт этого температура в зоне обработки резко поднимается и материал заготовки испаряется. При этом быстрота процесса обеспечивает лишь локальный нагрев — тепло из зоны обработки просто не успевает перейти в соседние слои материала, а практически целиком отводится с испаряемыми газообразными отходами. Этим достигается высокое качество обработки лазером — тонкий шов и аккуратные (без обгорания) края.

Однако металл обладает высокой теплопроводностью. Поэтому при «облучении» лазером тепло из зоны обработки мгновенно отводится в «массу», и обрабатываемая поверхность просто не может нагреться до температуры испарения. Тем более что эта температура у металла довольно высокая (по сравнению с деревом, пластиком или даже натуральным камнем).

Во-вторых, гладкая поверхность металла является прекрасным отражателем для лазерного луча видимого диапазона. По иронии, именно фотоны с частотой колебаний, характерной для генерации СО2-лазером, лучше всего отражаются металлом. Таким образом, энергия, генерируемая лазерной трубкой обычного станка с ЧПУ, легко поглощается или рассеивается поверхностью без необходимого для обработки нагрева металла. И продуктивная обработка металлических заготовок оказывается крайне затруднённой.

Конечно, существуют специальные модели лазерных станков для уверенной резки даже толстых заготовок (например станки с твердотельным лазером, не говоря уже о плазменных генераторах). Однако это оборудование совершенно иного типа и стоимости. Тем не менее, для обработки металла (в частности — гравировки металлических изделий) на «обычных» СО2-лазерных станках с ЧПУ существует несколько весьма привлекательных способов.

Паста для гравировки

При помощи специальной пасты, наносимой на металлическую поверхность заготовки, лазерный станок с ЧПУ способен выполнять качественную контрастную гравировку самых разных изображений. Суть технологии заключается в следующем: металлическая поверхность покрывается специальным составом (густым, в виде пасты — отсюда и происходит название). Паста наносится очень тонким слоем (лучше всего для этого использовать кисть) и только на «голую» металлическую поверхность (без всяких покрытий — красок, лаков, наклеек и пр.).

После этого металлическая заготовка помещается в лазерный станок с ЧПУ. Запускается процесс гравировки по заранее разработанной программе (естественно, размер гравируемого изображения должен не превышать покрытую пастой поверхность изделия). В местах «облучения» лазером паста каталитически способствует «выгоранию» очень тонкого слоя поверхности металла. В результате, после окончании обработки (и смыве остатков пасты) на металлической поверхности остаётся контрастных узор высокого качества.

При гравировке с использованием пасты отличные результаты получаются на заготовках из нержавеющей стали, титана, а также цветных металлов. Причём для обработки вполне сгодится лазерный гравер «начального» уровня (достаточно мощности лазерной трубки всего 40 Вт).

Аналогичным составом для лазерной гравировки на металлической поверхности является специальный спрей. Он действует подобно пасте, но отличается способом нанесения (распыление аэрозоля на заготовку порой оказывается более удобным) и способом хранения (в баллонах под давлением), а также сравнительно небольшим сроком годности.

Лента для гравировки лазером

Аналогом пасты или спрея является специальная лента «CerMark». При гравировке металлических поверхностей при помощи ленты на лазерном станке с СО2-трубкой получается чёрный контрастный рисунок высокого качества. В отличие от пасты, работа с лентой совершенна безопасна для здоровья.

Читать также:  Подключение телефонной розетки schneider

Алгоритма гравировки с применением ленты CerMark следующий:

  • очищается и обезжиривается металлическая поверхность (гравировку следует проводить только на плоской поверхности!);
  • отрезок ленты нужного размера приклеивается к поверхности заготовки (следует плотно нажать и разгладить ленту для равномерного прилегания);
  • в настройках гравировки выбирается максимальная мощность (справедливо для лазерной трубки в 40 Вт);
  • скорость обработки вычисляется путём умножения максимальной мощности трубки на коэффициент 0,3 (в нашем примере — для лазерной трубки мощностью в 40 Вт, скорость гравировки составит 12);
  • по окончании гравировки следует удалить остатки ленты и протереть металлическую поверхность влажной тканью (или промыть водой).

Лазерная гравировка металлов плюс электролиз

Довольно известным «кустарным» способом является покрытие металлической поверхности косметическим лаком (или парафином) с последующей гравировкой на лазерном станке с ЧПУ и погружением в электролитическую ванну.

Несмотря на кажущуюся сложность, такой способ позволяет получить отличные результаты — особенно при гравировке на выпуклых поверхностях (к примеру, столовых ложках). Да и цена подобного метода (в сравнении со стоимостью пасты) оказывается ниже. Однако к его недостаткам относится дополнительная работа по созданию «электролитической ванны» и трудоёмкий подбор состава электролита (для получения качества гравировки, сравнимого или превосходящего таковое при использовании пасты).

Суть метода очень проста: металлическая поверхность обезжиривается и покрывается тонким слоем косметического непрозрачного лака. После высыхания лака, заготовка помещается в лазерный станок с ЧПУ и выполняется гравировка изображения (строго по «замалёванной» площади!). Параметры обработки (для лазера с трубкой мощностью 60 Вт): мощность — 18%, скорость — 137 мм/с.

Затем, заготовка погружается в ёмкость с водно-солевым растровом поваренной соли в обычной водопроводной воде. Заготовка должна погружаться так, чтобы слой лака был выше уровня жидкости (при нанесении лака следует это учесть). В ёмкость также опускаются две полоски из нержавеющей стали (электроды). Суммарная площадь полосок должна быть выше, чем вытравливаемая площадь гравируемого изображения. К электродам из нержавейки подключается источник постоянного тока (к примеру, зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов). На заготовку должен подаваться «плюс», на электроды — «минус».

Источник питания включается на 3-15 минут, после чего процесс считается законченным. В течение электролиза крайне нежелательно шевелить заготовку! Финальным этапом является снятие лака (специальной жидкостью) и протирка металлической заготовки сухой чистой тканью.

После должной отладки и нескольких пробных подходов, метод гравировки лазером с последующем электролизом даёт отличные результаты — изображение на поверхности металла получается чётким и контрастным (при глубине гравировки порядка 0,1 мм).

Лазерная гравировка на металле своими рукамиНа сегодняшний день гравировка и лазерная резка — довольно прибыльное занятие, где всякий предприимчивый человек, имея нужную информацию и некоторый капитал, в состоянии недурно заработать. Лазерный гравер — это неплохое основание для реализации творческих идей, его универсальность и производительность всегда приятно удивляют мастеров.

Лазерная гравировка поверхностей

Лазерная гравировка — новейший прием нанесения на поверхность резко очерченного изображения с помощью концентрированного светового пучка.

Технология гравировки

Процедура гравировки сфокусированным лазерным лучом сопровождается высоким температурным нагревом материала. В зависимости от продолжительности действия лазера меняется цвет и появляется контрастность поверхности материала, происходит эффект его испарения или испепеления. Полученная вследствие обработки гравированная поверхность обладает устойчивостью к внешним физико-химическим воздействиям.

Лазерная гравировка на металле своими руками

Несмотря на сходное технологическое предназначение, образцы оборудования для лазерной гравировки и резки кардинально отличаются своим функциональным потенциалом и укомплектовкой производителя.

Устройство конструкции

Основной характеристикой гравера является мощность лазерной трубки устройства. В состав устройства входят следующие структурные блоки:

  • Лазерная гравировка на металле своими рукамиОптическая система, которая представляет собой набор из неоднородных линз и служит для фокусирования и усиления светового пучка;
  • Трансмиссионная система — трехосевые сервоприводы, обеспечивающие синхронность движения лазерного источника излучения;
  • Система контроля — датчики и вычислительные схемы, задача которых — обеспечение безошибочного функционирования всех систем гравера;
  • Механическая система — основные опорные части и вспомогательные механизмы, составляющие устройство машины;
  • Система охлаждения — осуществляет теплоотвод от излучателя и состоит из комплекта кулеров и радиаторов для отвода температур.

Виды лазерных граверов

Среди множества промышленных лазерных устройств, востребованных в производственных процессах, можно подчеркнуть лишь два существенных вида:

  • газовые — для гравировки неметаллических поверхностей (дерево, пластик, стекло, акрил, кожа, ДСП и др.) и резки какого угодно материала (при работе с металлом используют более мощную трубку от 500 Вт);
  • волоконные и твердотельные — для работы как с металлическими, так и неметаллическими поверхностями (соответственно,++ выбирается необходимая мощность лазера).

Лазерная гравировка на металле своими рукамиЛазерный гравер на основе газа универсален и имеет относительно доступную цену, по этой причине прибор широко применяется в офисе или на дому. Предназначение твердотельного гравера — обработка металлов и отдельных видов твердого пластика. Более надежен и совершенен в работе, стоимость значительно выше газового прибора, соответственно, и качество гравировки лучше. Отличает эти устройства рабочая температура и длина волны лазерного излучателя.

Управление процессами лазерной гравировки производится с помощью персонального компьютера. Прогрессивные модели лазерных граверов укомплектованы электронным управлением и бортовыми программируемыми средствами автоматики. Дополнительно комплектуются системами вытяжки, специальными столами, устройствами для гравировки предметов, имеющими различные геометрические формы.

Читать также:  Как пользоваться цепным съемником масляного фильтра

Сферы применения

Область применения лазерной гравировки довольно обширна, секрет ее популярности заключается в быстроте и качестве процесса. Себестоимость такой гравировки имеет относительно невысокий показатель.

Некоторые из производственных отраслей, в которых активно используется лазерная гравировка:

  • Лазерная гравировка на металле своими рукамиНаружная реклама. Используется лазерная печать и нанесение рельефных отображений на баннерной ткани, а также для изготовления различного вида упаковки (в том числе сувенирного типа);
  • Легкая промышленность. Наносятся узоры на коже и ткани, сложный раскрой материала;
  • Гранитное производство пользуется художественной гравировкой для нанесения изображений на памятники;
  • Художественная гравировка на камне, металле, дереве, пластмассе;
  • В декоративном искусстве применяется гравировка по камню, дереву, металлу;
  • В сувенирной отрасли — для изготовления брелоков, колец, поделок и т. п.

Лазерная гравировка является одним из наиболее ювелирных методов гравирования. Вследствие пикселизации до 1000 ppi (39 пикселей на миллиметр) есть возможность выполнять точное нанесение многообразных графических изображений даже на ничтожно малых плоскостях заготовок.

Стоимость аппарата для гравировки лазером обусловливается материалом, на который будет наноситься изображение, и объемом планируемой обработки.

Наряду с лазерным популярность набирает ультразвуковой режущий инструмент. Ультразвуковые граверы и ножи имеют высокие показатели акустической мощности и эксплутационной надежности.

Гравер своими руками

Лазерная гравировка на металле своими рукамиСегодня выбору покупателя представлен солидный ассортимент лазерных гравировальных станков, более тридцати общеизвестных брендов занимаются поставками подобного оборудования на мировой потребительский рынок. Цены на станки китайских производителей вполне доступны, но приобретение гравировщика без дальнейшей рациональной эксплуатации неоправданно.

Альтернативный выход в такой ситуации — это самодельный лазерный гравер по дереву. Появление гравировочной машинки в арсенале вашего домашнего инструмента открывает новые горизонты для отдыха, работы и творчества.

Конструктивные составляющие

Рассмотрим конструкцию лазерного гравера, который можно изготовить своими руками. Из принтера заимствуется лазерная пушка мощностью 3 ватта. При изготовлении лазерного гравера из dvd своими руками используем такой перечень вспомогательных элементов:

  • Лазерная гравировка на металле своими рукамиаппаратный программатор Arduino R3;
  • дисплейная плата Proto Board;
  • ступенчатые двигатели, можно воспользоваться электромоторами DVD-проигрывателя;
  • лазерная пушка;
  • элементы охлаждения;
  • электрорегулятор напряжения постоянного тока DC-DC;
  • транзистор MOSFET;
  • электронные платы управления двигателями;
  • концевые выключатели;
  • Лазерная гравировка на металле своими рукамикорпусная часть;
  • шкивы и зубчатые, передаточные ремни;
  • шариковые подшипники;
  • деревянная доска (35х10х2 см — 2 шт., 125х10х2 см — 2 шт.);
  • круглый металлический стержень 10 мм в диаметре — 4 шт;
  • крепежные элементы, сверла, абразив, хомуты и гелеподобная смазка;
  • ручные тиски, циркулярка, набор инструмента для слесарных работ.

Электрическая часть

Лазерная гравировка на металле своими рукамиГлавным элементом конструируемого механизма является излучатель лазера, на входных клеммах которого необходимо поддерживать постоянное напряжение величиною, не превышающей номинальных характеристик схемы. При несоответствии этого критерия существует вероятность сгорания ее составляющих.

Излучатель лазера, применяемый в установке указанной конструкции, предназначен для работы с напряжением 5 вольт при силе тока не более 2,4 ампера. Настройки электрорегулятора DC-DC производятся на значения: напряжение до 5 вольт, сила тока 2 ампера.

MOSFET транзистор служит для управления включением и выключением электронной схемы излучателя. Электросигнал, вырабатываемый программатором Ардуино, имеет довольно маленькую мощность, поэтому воспринимает его только транзистор MOSFET, который открывает или закрывает контур питания устройства излучения. Местоположение транзистора в электронной схеме гравера находится между «плюс» контактом излучателя и «минус» контактом электрорегулятора.

Лазерная гравировка на металле своими рукамиПодключение ступенчатых электродвигателей гравера реализуется на одной электронной плате управления, что способствует их синхронной работе. При этом отсутствует провисание передаточных зубчатых ремней, что создает качественную и точную обработку поверхностей.

Следует не допускать перегрева лазерного диода и плат управления ступенчатых двигателей в работе электронной схемы. Во избежание подобных ситуаций конструкцией предусмотрена система охлаждения на базе компьютерных вентиляторов и кулеров.

Электрогравер работает на основе челночного механизма, один из передвижных элементов которого обеспечивает перемещение в направлении оси Y, а два других, спаренных, — перемещение в направлении оси X.

В качестве оси Z выступает глубина прожига поверхности материала обработки. Отверстия, в которые помещаются элементы челночного механизма гравера, должны иметь глубину 12 мм и более.

Рабочая плоскость

Лазерная гравировка на металле своими рукамиНаправляющими составными частями конструкции, которые обеспечат перемещение рабочей каретки механизма гравировки, могут выступать металлические стержни в диаметре минимум 10 мм. Необходимость в строгости выбора величины диаметра обусловлена предохранением рабочей головки от провисания в процессе обработки.

Поверхность направляющих стержней очищается от заводской смазки, пыли и грязи и подвергается тщательной шлифовке. После чего они обрабатываются гелевой смазкой на основе белого лития для улучшения процесса движения рабочей головки.

Установка ступенчатых двигателей

С помощью кронштейнов, изготовленных из листовой стали, к корпусу устройства крепятся ступенчатые электродвигатели. Кронштейн имеет форму прямого угла и соответствует ширине самого двигателя, а длину имеет вдвое больше его основания. В поверхности кронштейна, куда будет крепиться основание электромотора, просверливают шесть отверстий: четыре — для установки самого электродвигателя и два — для закрепления подпорки к корпусу с помощью крепежных саморезов.

Лазерная гравировка на металле своими руками

Чтобы смонтировать узел приводного механизма, складывающегося из двух шкивов и болта с шайбой, на валу электромотора при помощи металлического листа формируют П-образный профиль. Затем в нем сверлятся отверстия для соединения с корпусом устройства и выхода вала двигателя.

Шкивы для посадки зубчатой ременной передачи помещаются на валу приводного мотора и располагаются внутри П-образного приспособления. Зубчатые ремни, надетые на шкивы и приводящие в движение челноки гравировального механизма, присоединяются к их деревянным основаниям саморезами.

Программное обеспечение

Условием автоматического режима работы лазерного гравера является не только установка, но и настройка специального программного продукта. Таким продуктом служит программа, при помощи которой создаются контуры желаемого изображения и преобразовываются согласно расширению, доступному элементам управления устройства гравировки. Эта программа находится в свободном доступе и без проблем закачивается на персональный компьютер.

Читать также:  Как подключить шаговый двигатель без контроллера

Лазерная гравировка на металле своими руками

Лазеры давно вошли в наш обиход. Экскурсоводы применяют световые указки, строители с помощью луча выставляют уровни. Способность лазера нагревать материалы (вплоть до термического разрушения) используется при раскрое и декоративном оформлении.

Одно из применений – лазерная гравировка. На различных материалах можно получить тонкие узоры практически без ограничений по сложности.

Деревянные поверхности отлично подходят для выжигания. Особенно ценятся гравировки на оргстекле с подсветкой.
Лазерная гравировка на металле своими руками
В продаже представлен богатый выбор гравировальных станков, преимущественно китайского производства. Оборудование не слишком дорогое, однако, покупка просто для развлечения нецелесообразна. Намного интересней сделать лазерный гравер своими руками.

Необходимо лишь раздобыть лазер мощностью несколько Вт, и создать рамную систему перемещения в двух осях координат.

Лазерный гравировальный станок своими руками

Лазерная пушка – не самый сложный элемент конструкции, к тому же есть варианты. В зависимости от задач, можно выбрать различную мощность (соответственно стоимость, вплоть до бесплатного приобретения). Умельцы из Поднебесной предлагают разные готовые конструкции, порой выполненные с высоким качеством.
Лазерная гравировка на металле своими руками
Такой пушкой мощностью 2Вт можно даже фанеру резать. Возможность фокусировки на необходимом расстоянии позволяет контролировать как ширину гравировки, так и глубину проникновения (для 3D рисунков).

Стоимость подобного устройства порядка 5-6 тыс. рублей. Если высокая мощность не нужна – используйте маломощный лазер от пишущего привода DVD, который можно за копейки приобрести на радио рынке.

Есть вполне работоспособные решения, изготовление займет один выходной день

Как извлечь лазерный полупроводник из привода, объяснять не требуется, если вы умеете «делать вещи» руками – это не трудно. Главное – подобрать прочный и удобный корпус. К тому же, «боевой» лазер, пусть и маломощный, требует охлаждения. В случае с DVD приводом достаточно пассивного радиатора.

Корпус-рукоятку можно выполнить из двух латунных гильз от пистолета. Подойдут стреляные патроны от «ТТ» и «ПМ». Они имеют небольшую разницу в калибре, и отлично входят друг у друга.

Высверливаем капсюли, и на место одного из них устанавливаем лазерный диод. Латунь гильзы послужит отличным радиатором.
Лазерная гравировка на металле своими руками
Остается подключить питание 12 вольт, например, от порта USB вашего компьютера. Мощности хватит, в компьютере привод запитан от того же блока питания. На этом все, лазерная гравировка своими руками в домашних условиях практически из мусора.
Лазерная гравировка на металле своими руками
Если вам необходим координатный станок – можно закрепить прожигающий элемент на готовом позиционирующем устройстве.

Лазерный гравер из принтера с засохшей чернильной головкой – прекрасный способ вернуть жизнь сломанному агрегату.

Немного поработать с подачей заготовки вместо бумаги (для плоской фанеры или металлической пластины это не проблема), и у вас есть практически заводской гравер. Программное обеспечение может и не понадобиться – используется драйвер от принтера.

При наличии схемы, вы просто подключаете сигнал подачи чернил на вход лазера, и «печатаете» на твердых материалах.

Самодельный лазерный гравер для работы с большими площадями

В качестве основы берется любой чертеж для сборки так называемых KIT наборов от тех же друзей китайцев.
Лазерная гравировка на металле своими руками
Найти алюминиевый профиль не проблема, изготовить каретки с колесиками тоже. На одну из них устанавливается готовый лазерный модуль, другая пара кареток будет перемещать направляющую ферму. Движение задают шаговые двигатели, крутящий момент передается с помощью зубчатых ремней.
Лазерная гравировка на металле своими руками
Конструкцию лучше собрать внутри какого-нибудь ящика, с активной вентиляцией. Выделяющийся при гравировке едкий дым вреден для здоровья. При эксплуатации в помещении, необходима вытяжка на улицу.

Если вы работаете с металлическими пластинами, отраженные блики луча могут повредить сетчатку глаза. Лучшей защитой послужит оргстекло красного цвета. Это нейтрализует синий лазерный луч, и позволит контролировать процесс в реальном времени.
Лазерная гравировка на металле своими руками
Схема управления собирается на любом программируемом контроллере. Наибольшей популярностью пользуются системы Arduino UNO, продающиеся на тех же китайских сайтах электроники. Решение недорогое, но эффективное и практически универсальное.
Лазерная гравировка на металле своими руками
Самый распространенный вариант – подключение к персональному компьютеру. Создание рисунка и параметров гравировки происходит на любом стандартном графическом редакторе.

Если ваша картинка растровая – следует произвести трассировку.

Подключив и запрограммировав контроллер USB, вы сможете выводить задание на гравировку непосредственно с цифрового носителя (флешки), предварительно создав файл на компьютере.
Итог:

Гравировальный станок с лазерной головкой настолько доступен, что его можно приобрести не только для коммерческого применения, но и для личного использования.

Изготовление поделок для детей, экономия на рекламных материалах для собственной фирмы, дизайнерские предметы для жилища – вот неполный перечень применения станка.

А самостоятельно изготовленная установка будет радовать вас минимальными затратами.

Лазерный гравер своими руками из DVD привода – видео инструкция

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector