Spis treści:
- 1 Lasergravur – Leitfaden
- 2 Was ist eine Lasergravur?
- 3 Wie funktioniert die Lasergravur?
- 4 Welche Materialien können mit dem Laser bearbeitet werden?
- 5 Bei welchen Materialien sollte keine Laserbearbeitung durchgeführt werden?
- 6 Design-Software und unterstützte digitale Dateierweiterungen für die Laserbearbeitung
- 7 Grundeinstellungen
- 8 Erstellen einer digitalen Datei für die Laserbearbeitung
- 9 Hardware-Bedienung einer Lasermaschine
- 10 Vorbereiten des Arbeitsbereichs für die Laserbearbeitung
- 11 Parameter der Laserbearbeitung
- 12 Lasergravur - Abschließende Bemerkungen
Neben dem Schneiden, Zerspanen und Fräsen ist die Lasergravur eines der beliebtesten Verfahren zur Materialbearbeitung.
Lasergravur – Leitfaden
In diesem Artikel werden die Grundprinzipien von Lasergraviermaschinen erläutert. Kunststoffe, die sich für die Lasermaterialbearbeitung eignen, sind ebenfalls enthalten.
Was ist eine Lasergravur?
Die Lasertechnologie wurde in den 1960er Jahren entwickelt. Der Begriff “Laser” ist eine Abkürzung für “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission). Vereinfacht gesagt, ist ein Laser einfach ein stark gebündeltes, verstärktes Licht, und der Laserstrahl bewirkt wiederum ein örtliches Verbrennen, Schmelzen oder Verdampfen des Materials.
Ein Laserschneider ist eine computergesteuerte Maschine, die einen Laserstrahl verwendet, um Material präzise zu schneiden oder zu gravieren. Die Art des Materials, das geschnitten werden kann, hängt von der Art des Lasers und der Leistung der jeweiligen Maschine ab.
Es gibt verschiedene Arten von Laserschneidern – Gaslaser- und CO2-Laserschneider sind besonders beliebt und werden am häufigsten von Hobbyisten und kleinen Unternehmen verwendet. Andere Typen sind z. B. Faserlaser oder Kristalllaser, die in der Industrie eingesetzt werden. CO2-Laserschneider können eine breite Palette von nichtmetallischen Materialien wie Holz, Papier, Acryl, Textilien und Leder schneiden und gravieren.
Wie funktioniert die Lasergravur?
BeiCO2-Laserschneidanlagen wird der Laserstrahl in einer mitCO2-Gas (Kohlendioxid) gefüllten Röhre erzeugt. Mit Hilfe von Spiegeln und Linsen wird der Strahl dann zum Laserkopf geleitet und auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Materials fokussiert. Elektronisch gesteuerte Motoren bewegen den Laserkopf, um die gewünschte Form in das Werkstückmaterial zu schneiden oder zu gravieren. Die Form wird durch die Eingabedatei definiert, bei der es sich um ein Vektor- oder Rasterbild handeln kann. Wenn der Laser auf das Material trifft, wird ein sehr kleiner Bereich in extrem kurzer Zeit erhitzt, wodurch das Material schmilzt, verbrennt oder verdampft.
Laserschneiden
Wenn der Laserstrahl das gesamte Material des Werkstücks durchdringt, erzeugt er einen Schnitt. Das Laserschneiden ist im Allgemeinen sehr präzise und sauber, obwohl das Aussehen der Schnittkanten vom bearbeiteten Material abhängt. So sind beispielsweise die Kanten des geschnittenen Holzes viel dunkler als das ursprüngliche Holz, während die Kanten von Acryl sich nicht verfärben und eine schöne glänzende Oberfläche haben. Der vom Laserschneider erzeugte Spalt ist sehr klein, seine Größe variiert je nach Material und hängt auch von den spezifischen Lasereinstellungen ab. Bei vielen Materialien liegt der Spaltdurchmesser zwischen 0,05 mm (0,002″) und 0,5 mm (0,02″).
Lasergravur
Die Lasergravur beruht darauf, dass der Laserstrahl Teile des Obermaterials abträgt, es aber nicht durchschneidet.
Lasermarkierung
Eine Markierung liegt vor, wenn der Laser das Material nicht abträgt, sondern z. B. seine Farbe verändert. Die Beschriftung mit CO2-Laserschneidern wird vor allem bei der Bearbeitung von Metallen und Leder eingesetzt. Eine spezielle Markierungslösung wird auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen, und nach dem Trocknen der Lösung wird die Gravur durchgeführt. Durch die Hitze des Lasers verbindet sich die Lösung mit dem Metall und hinterlässt eine dauerhafte Markierung auf ihm.
Welche Materialien können mit dem Laser bearbeitet werden?
CO2-Lasermaschinen sind in der Lage, verschiedene Materialien zu schneiden und zu gravieren. Die maximale Dicke, die das Werkstück haben kann, hängt von der Leistung und der Spezifikation der verwendeten Maschine ab. Typische Leistungsstufen reichen von 30 W bis 120 W – Laser mit höherer Leistung werden am häufigsten in der industriellen Großserienfertigung eingesetzt. Zu den Materialien, die sich für die Laserbearbeitung eignen, gehören. Sperrholz, Balsaholz, MDF-Holzplatten, Karton, Kork, Papier, Leder, Polypropylen, Polyethylen, Granit, Glas, Keramik, Aluminium, Edelstahl sowie Acryl.
Bei welchen Materialien sollte keine Laserbearbeitung durchgeführt werden?
Es gibt einige Materialien, die niemals mit einem Laser bearbeitet werden sollten, da dabei giftige Gase oder Stäube entstehen, die auch die Maschine beschädigen können. Dazu gehören:
- Kunstleder mit Chrom(VI)-Gehalt;
- Kohlenstofffasern (Kohlenstoff);
- Polyvinylchlorid (PVC);
- Polyvinylbutyral (PVB);
- Teflon (PTFE);
- Berylliumoxid;
- alle Materialien, die Halogene (Fluor, Chlor, Brom, Jod und Astatin) enthalten;
- Epoxid- oder Phenolharze.
Design-Software und unterstützte digitale Dateierweiterungen für die Laserbearbeitung
Die meisten CO2-Laserschneider funktionieren ganz ähnlich wie ein gewöhnlicher Tintenstrahldrucker. Der Laserschneider wird mit speziellen Treibern geliefert, die das Bild vom Computer in ein Format umwandeln, das das Gerät lesen kann. Bei der Arbeit mit Laserschneidern ist es wichtig, den Unterschied zwischen Vektor- und Rasterbildern zu kennen. Beide Arten von Bilddateien können verarbeitet werden, aber Rasterbilder werden nur zum Gravieren und nicht zum Schneiden verwendet. Rasterbilder sind pixelbasiert, d. h., sie bestehen aus vielen kleinen Quadraten, während in einem Vektorbild alle Linien und Farben als mathematische Formeln gespeichert sind. Vektorbilder können ohne Qualitätsverlust vergrößert werden, während Rasterbilder ab einer bestimmten Vergrößerung zu “verpixeln” beginnen.
Folgende Vektorgrafikformate werden unterstützt. PDF-, DXF-, EPS-, SVG-, DWG-, CDR- und AI-Dateien und im Falle von Rastergrafiken JPG-, PNG- und GIF-Dateien. Was die Software zur Erstellung von Entwürfen für die anschließende Laserbearbeitung betrifft, so kann in den meisten Fällen sowohl zweidimensionale (z. B. Inkscape, CorelDRAW, Adobe Illustrator, AutoCAD) als auch dreidimensionale Konstruktionssoftware (z. B. TinkerCAD, Fusion 360, SolidWorks oder SketchUp) verwendet werden. Je nach den Bedingungen des Herstellers kann die Software kostenpflichtig oder kostenlos sein.
Grundeinstellungen
Das erste, was zu beachten ist, ist die Größe des Materials, das das Laserbett aufnehmen kann. Damit wird die maximale Größe des Projekts festgelegt, so dass es sich lohnt, den Arbeitsbereich auf dieses Maß einzustellen. Der Farbmodus sollte auf RGB eingestellt sein. Unterschiedliche Farben werden in der Regel zur Kennzeichnung verschiedener Verfahren verwendet. So kann beispielsweise Rot für alle ausgeschnittenen Teile und Schwarz für die Gravur verwendet werden.
Erstellen einer digitalen Datei für die Laserbearbeitung
Wie bereits erläutert, sendet der Laser beim Schneiden einen kontinuierlichen Strahl in Richtung des zu schneidenden Materials. Dazu benötigt die Lasermaschine einen Vektorpfad als Eingabedatei.
Nur Vektorgrafiken mit der kleinstmöglichen Linienstärke (dies hängt von der verwendeten Software ab) werden vom Laser geschnitten. Alle anderen Grafiken, wie z. B. Vollformen oder dickere Linien, werden nicht geschnitten. Beim Ausschneiden von Text oder anderen komplexen Formen ist zu bedenken, dass nicht verbundene Mittelteile – wie die Innenseite des “O” – herausfallen werden.
Je nach gewünschtem Design kann dies verhindert werden – für Text können Sie zum Beispiel eine Schablonenschrift verwenden, bei der alle inneren Teile der Buchstaben mit den äußeren Teilen verbunden sind. Bei der Lasergravur wird zwischen der Vektorgravur und der Rastergravur unterschieden. Die Vektorgravur ist im Grunde dasselbe wie das Schneiden. Der einzige Unterschied besteht darin, dass beim Gravieren die Leistung geringer ist, so dass der Laser nur Teile des Materials abträgt und es nicht schneidet. Bei der Rastergravur kann die Eingabedatei eine Vektordatei oder ein Rasterbild sein. Bei der Rastergravur wird das Bild mit einem Laser Zeile für Zeile, Pixel für Pixel graviert. Das Verfahren ähnelt der Art und Weise, wie ein Tintenstrahldrucker Tinte aufträgt, analog dazu wird das Material durch einen Laserstrahl entfernt. Die Gravur eignet sich sowohl für einfache Formen als auch für komplexe Bilder, Fotos jedoch müssen für die Gravur in Graustufen umgewandelt werden.
Hardware-Bedienung einer Lasermaschine
Sobald Sie Ihren Entwurf fertig haben, ist es Zeit für den letzten Schritt – das Laserschneiden. Laserschneidmaschinen sind hocheffiziente Maschinen. Mit ihnen lassen sich wunderbare Dinge schaffen, aber sie sind auch potenziell gefährlich. Lesen Sie daher vor der Benutzung des Laserschneiders stets alle beiliegenden Anweisungen und beachten Sie die Sicherheitsvorschriften. Außerdem ist zu beachten, dass die Wellenlänge des CO2-Lasers im infraroten Bereich des Lichtspektrums liegt und daher für das menschliche Auge unsichtbar ist. Der rote Punkt, den Sie auf der Oberfläche des Materials sehen, ist nur eine Positionierungshilfe, nicht der Laserstrahl, der den Schnitt tatsächlich ausführt.
Vorbereiten des Arbeitsbereichs für die Laserbearbeitung
Zunächst ist zu prüfen, ob das zu bearbeitende Material in den Arbeitsbereich des Laserschneiders passt (ggf. ist es zuzuschneiden). Sie sollten auch einige Probeschnitte oder Gravuren anfertigen und ein wenig Ersatzmaterial bereithalten. Von den zusätzlichen Instrumenten sind die folgenden sicherlich nützlich:
- Teppichmesser – zum Schneiden von Materialien, die vom Laserschneider nicht vollständig geschnitten wurden, oder zum Zuschneiden von Papier und Karton;
- Malerband oder anderes Abdeckband – zum Abkleben der Oberfläche des Materials, um Brandflecken zu vermeiden;
- Linearmaßstab oder Messschieber – um zu messen und sicherzustellen, dass die fertigen Objekte die richtige Größe haben.
Parameter der Laserbearbeitung
Die vier wichtigsten Einstellungen für den Laserschneider sind Leistung, Geschwindigkeit, Frequenz und Fokusabstand.
- Leistung – bestimmt die Ausgangsleistung des Lasers. Sie kann in der Regel von 0 bis 100% (maximale Leistung) eingestellt werden. Eine hohe Leistung wird für das Schneiden dicker Materialien verwendet, eine geringere Leistung für das Gravieren und Schneiden dünner Materialien wie Papier.
- Geschwindigkeit – bestimmt die Geschwindigkeit der Bewegung des Laserkopfes. Zum Gravieren und Schneiden von dünnem Material wird die Geschwindigkeit in der Regel (fast) auf das Maximum eingestellt.
- Frequenz (Hz, PPI) – Der Frequenzparameter bestimmt die Anzahl der Laserimpulse pro Sekunde. Die einstellbare Frequenz hängt ganz von dem zu bearbeitenden Material ab. Holz schneidet man zum Beispiel am besten bei 500-1000 Hz, während Acryl zwischen 5000 und 20000 Hz geschnitten wird.
- Fokussierung – Im Laserkopf befindet sich eine Fokussierlinse. Der Brennpunkt (die Stelle, an der der Laserstrahl am dünnsten ist) sollte bei den meisten Anwendungen an oder knapp unter der Oberfläche des Materials liegen. Um dies zu gewährleisten, muss das Material einen gewissen Abstand zum Objektiv haben. Der genaue Abstand hängt von der Art des verwendeten Objektivs ab.
Lasergravur - Abschließende Bemerkungen
Viele Laserschneidgeräte verfügen über einen motorisierten Arbeitstisch, der auf und ab bewegt werden kann, um den Fokusabstand einzustellen. Die alternative Position der Materialoberfläche muss manuell eingestellt werden. Mit dem Grundwissen über die verfügbaren Einstellungen können Sie nun die richtigen Parameter finden, um Ihre eigenen Projekte zu erstellen. Ein guter Ausgangspunkt ist das Handbuch des Herstellers des Laserschneiders, in dem Sie häufig Einstellungsvorschläge für verschiedene Materialien finden können. Wenn Sie im Erstellungsbereich an einem gemeinsam genutzten Laser arbeiten, sind in der Regel Listen mit empfohlenen Einstellungen verfügbar. Es lohnt sich, erste Testschnitte durchzuführen, um die idealen Einstellungen für das zu bearbeitende Material zu finden. Es ist zu erwarten, dass es mehrere Versuche braucht, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Vor jeder Prüfung sollte jeweils nur ein Parameter geändert werden. Beginnen Sie zum Beispiel mit der Leistung und testen Sie verschiedene Werte in Schritten von 5-10 %. Wenn Sie das richtige Ergebnis erhalten, lohnt es sich, die Einstellungen des Graviervorgangs für spätere Zwecke zu speichern.
