VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изготовление изделий на лазерном станке
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Цель:
изготовить качественные изделия из натуральных материалов, с оригинальным дизайном.
Задачи:
Освоить программы по гравировке и резке на лазерном станке
Разработать векторные рисунки будущих изделий.
Разработать управляющую программу для станка.
Изготовить детали для изделий.
Провести сборку.
Актуальностью данного проекта является в возрождении интереса молодежи к современной технике, в воспитании культуры жизненного и профессионального самоопределения. Настоящий проект предусматривает расширение технического кругозора, развитие пространственного мышления, формирование устойчивого интереса к технике и технологии.
Ожидаемый результат: Чтобы наше изделие было привлекательным, надёжным для своих функций, практичным, радовало глаз и поднимало настроение.
Создавая красоту своими руками, можно развить трехмерное восприятие, необходимые технологические и дизайнерские способности. Успешность современного человека определяют знания и использование новых технологий, активная жизненная позиция, установка на рациональное использование своего времени и проектирование своего будущего.
Основная часть
Лазерные станки представляют собой высокотехнологичный продукт, который заменяет традиционные механические способы резки и гравировки материалов. Очевидные преимущества это: высокая скорость обработки материалов, бесшумность, отсутствие необходимости предварительной обработки материалов, точность, широкий диапазон применения. Одновременно можно производить и гравировку, и резку материалов произвольной формы, использовать сложные контуры.
Сфокусированный лазерный луч несёт в себе достаточную концентрацию энергии для проникновения в материал заготовки. Под действием луча материал в зоне обработки может расплавляться, испаряться, воспламеняться или иным образом изменять свою структуру, фактически исчезая. В этом случае процесс обработки напоминает механическое резание с той лишь разницей, что режущий инструмент заменён лучом, а отходы материала не отводятся в виде стружки, а «испаряются». При достаточной мощности (и/или небольшой толщине материала), лазерный луч способен осуществлять сквозную резку. При меньшей мощности — оставлять на поверхности чёткий след (узор гравировки).
Достоинством лазерной обработки является очень тонкий срез при малой «области вмешательства» в материал (в том числе с минимальной температурной нагрузкой и деформацией), благодаря чему обработка заготовки осуществляется с очень высоким качеством. Кроме того, лазер способен обрабатывать практически любые конструкционные материалы и заготовки различных форм и габаритных размеров (в том числе тончайшие или мягкие, не поддающиеся из-за этого обработке фрезой — например, бумагу, резину, полиэтилен и пр.).
Лазерно-гравировальные станки бывают как в настольном исполнении, так и в «напольном», и представлены очень большим разнообразием габаритов рабочих столов — от полуметра до полутора-двух и выше. Каждый станок имеет монолитный корпус, обеспечивающий устойчивость конструкции и эффективно гасящий вибрации, возникающие при работе. Основным назначением таких моделей является лазерная резка и гравировка. В нашей школе имеется лазерный станок JL – К6040 с рабочей поверхностью 600х400мм с закрытой камерой, мощностью 600ватт. А так же имеется переносной лазерный гравер который работает по программе MicroNCc двумя постпроцессорами. Оба станка совместимы и программы считывают тот или иной импортированный файл.
Применение лазерных станков ограничивается лишь требованиями пользователя:
Деревообработка: раскрой, гравировка дерева, шпона, (мебельное производство, сувенирная продукция, предметы интерьера, домашняя утварь и пр.)
Рекламная продукция: резка и гравировка органического материала
Швейное производство: раскрой ткани, резка и гравировка кожи,
И прочее: изготовление печатей, штампов; обработка натурального и искусственного камня, пластика, и многое другое.
Ход работы
Для отрисовки макета готового изделия использовалась программа Компас 3D, MicroNC и векторная графика Laser Drow. Для выбора эскиза можно скачать графические рисунки с интернета или выполнить графические рисунки на программе Компас 3D или Laser Соrel Drow Кривые Безье — позволяют создавать прямые, ломаные и гладкие кривые, проходящие через узловые точки, с определёнными касательными в этих точках; Заливка — позволяет закрашивать ограниченные области определённым цветом или градиентом; Текст создаётся с помощью соответствующего инструмента, а потом часто преобразуется в кривые, чтобы обеспечить независимость изображения от шрифтов, имеющихся (или отсутствующих) на компьютере, используемом для просмотра; Набор геометрических примитивов; Карандаш — позволяет создавать линии «от руки». При создании таких линий возникает большое количество узловых точек, от которых в дальнейшем можно избавиться с помощью «упрощения кривой».
Резка производится только по векторной графике. Поэтому все линии которые должны вырезать переводим с помощью Кривой Безье на вектор. Остальная часть графики выполняется гравером. Лазерные станки не читают серые тона, т. е. они видят только черные и белые цвета. Поэтому чтобы выполнить графическое изображение фотографии с помощью постпроцессора MicroNC2 LaserNOM3 переводим на точечный рисунок.
Для изготовления новогодних магниток скачали с интернета графические изображения и импортировали в CorelLaser. Далее там где необходимо делать резку с помощью Кривой Безье переводим на векторную графику. Таким образом там где у нас сохранилось как изображение лазер гравирует, а векторную вырезает.
Для изготовления салфетницы и пазлов мы выполнили эскиз карандашом на бумаге в формате А4 и сканировали, сохранили как изображение. После импортировали на Корел и с помощью Кривой Безье создали векторную графику. По векторной линии лазер начинает выполнять резку.
Для геометрических пазлов на Laser Соrel Drow создавали геометрические тела из панели инструментов.
Для создания фотографии обязательно надо переводить фото на точечный рисунок т.к. лазер не читает серые тона. Таким образом создаем мельчайшие точки различной плотности. В отличии от других для создания фотографии на стекле при гравировке черные тона получаются светлыми, а светлые наоборот темными. Поэтому перед гравировкой рисунок переводим на негативное и зеркальное изображение.
Исследовательская работа
Качество резки и гравировки на лазерном станке во многом зависит от материала, от скорости подачи, от силы тока (%). При гравировке на сосне силу тока установили 15% , скорость 320мм/сек. что дало хороший результат, но с такими же параметрами на березе рисунок получается светлой, т.е. плотность березы плотнее чем сосна, так же оказалось во многом зависит от структуры породы дерева, смолистости. При гравировке на камне рисунок получается негативным и во многом зависит от вида камня и минеральных вкраплений, что дает некачественный рисунок. Качество резки изделия зависит от правильности фокусировки луча, при неправильной фокусировки толщина резки значительно уменьшается. Так же качество резки зависит от компрессора подаваемого сжатого воздуха на сопло лазера. При недостаточном прорези пробовали произвести второй проход с уменьшением фокусного расстояния что дает результат прорези, но края обугливаются. Таким образом резку можно проводить толщиной не более 4-5 мм.
Правильно установленные мощность и скорость движения лазера, соответствующие необходимым технологическим параметрам работы, гарантируют качественные результат. Регулировка основных параметров осуществляется либо в настройках программного обеспечения, либо через меню дисплея.
Заключение
Лазерная гравировка и резка является одним из популярных видов декорирования сувенирной продукции. Благодаря бесконтактному и высокоскоростному воздействию на обрабатываемый материал, на выходе получается изображение высокой четкости, которое не стирается и не видоизменяется с течением времени. Эффективность и рентабельность такого проекта имеет свои основания:
безрасходное оборудование;
быстрая окупаемость;
короткие сроки и качественный результат.
При полном освоении лазерного станка можно производить серийные продукции такие как : сувениры, брелки, таблички, бирки, жетоны, декоративные элементы, игрушки
В зависимости от настроек (прежде всего, мощности) лазерный станок с ЧПУ может прорезать заготовки насквозь (в том числе осуществляя фигурную резку), или гравировать поверхность заготовки — в этом случае лазер погружается в материал на незначительную глубину.
Последовательно проходя над заготовкой, лазер «строка за строкой» осуществляет нужное воздействие, благодаря чему заготовка превращается в готовое изделие. За точность обработки, а также за размеры готового изделия отвечает система ЧПУ станка. Микроконтроллер ЧПУ считывает коды управляющей программы (построенной на базе компьютерной графической модели готового изделия) и формирует импульсы для исполнительных элементов — шаговых электродвигателей. Шаговые электродвигатели через ременные передачи приводят в движение инструментальный портал с установленной на нём