ماشین حکاکی لیزری

ماشین حکاکی لیزری زیر مجموعه ماشین های نشانه گذاری با لیزر است که با استفاده از لیزر روی یک جسم حکاکی می کند. نشانه گذاری با لیزر از سوی دیگر یک مجموعه وسیعی از روش های علامت یا نشانه گذاری روی یک جسم است. از جمله مواردی مانند سنگ زنی یا زغال کاری، فومینگ، ذوب کردن، تخریب و … .

این تکنیک شامل جوهر یا ابزارهای دیگر که با سطح جسم در تماس هستند نمی شود. و این مزیت نیاز به تعویض مداوم جوهر و تعویض وسایل را برطرف می کند. تاثیر نشانه گذاری های لیزری روی موادی با قابلیت تابش لیزر و همچنین بعضی از رنگ ها مانند پلیمر حساس به لیزر و آلیاژهای فلزی جدید بیشتر است.

واژه نشانه گذاری لیزری یک اصطلاح عمومی است که برای طیف گسترده ای از تکنیک های پوشش دهی شامل چاپ، برندگذاری با حرارت، پیوند لیزری و … به کار می رود. ماشین های نشانه گذاری لیزری و حکاکی لیزری شبیه یکدیگر هستند و به این علت گاهی اوقات با هم اشتباه گرفته می شوند.

یک ماشین حکاکی لیزری از سه قطعه اصلی تشکیل شده است. یک لیزر، یک کنترل کننده و یک سطح. لیزر مانند مدادی می ماند که پرتو منتشر شده از آن به کنترل کننده اجازه  ردیابی الگوها بر روی سطح را می دهد. جهت یابی کنترل کننده، فشار، سرعت حرکت و پخش پرتو لیزری روی سطح هدف گذاری شده است. سطح طوری انتخاب می شود که با عملی که لیزر توانایی انجام آن را دارد هماهنگ شود.

سه نسل اصلی از ماشین های حکاکی لیزری وجود دارد.

جدول X-Y

از معروف ترین نوع ماشین های حکاکی است. معمولاً که قطعه کار یا سطح ثابت دارند و اپتیک های لیزر در جهت های X و Y حرکت می کنند تا بردارها را رسم کنند. در بعضی موارد لیزر ثابت و قطعه کار حرکت می کند. گاهی اوقات هم لیزر در جهت محور x و سطح در جهت محور y حرکت می کند.

سطوح استوانه ای

نسل دوم قطعه کارهای استوانه ای شکل (یا قطعه کاری صافی که روی یک سیلندر جاسازی شده) است. لیزر در این دستگاه ها یک مسیر مارپیچ را طی کرده و پالس خاموش و روشن آن عکس دلخواه را بر پایه شطرنجی شکل تولید می کند.

آینه گالوانیزه

در این نسل قطعه کار و لیزر هر دو ثابت هستند و آینه های گالوانیزه پرتو لیزر را در سطح کار جا به جا می کنند. حکاکی لیزری از این تکنولوژی برای کار در حالت شطرنجی و برداری استفاده می کند.

تبدیل انرژی

مختصات نقطه ای که لیزر( منظور از لیزر پرتو لیزر است که به طور خلاصه لیزر می گوییم) روی سطح می تابد در محدوده فاصله کانونی سیستم اپتیک لیزر است و معمولاً به آن نقطه کانونی می گویند. این نقطه معمولاً کوچک و کسری از یک میلیمتر است (بسته به طول موج اپتیک دارد). فقط محدوده داخل این فاصله کانونی تحت تاثیر پرتو لیزر عبوری از سطح است. با تابش لیزر در سطح ماده در نقطه کانونی انرژی گرمایی زیادی حاصل می شود که معمولاً باعث آب یا بخار شدن محل برخورد در سطح می شود. گاهی اوقات ممکن سطح مواد شکستگی پیدا کند یا پوسته پوسته شود. مقدار این انرژی گرمایی بسته به جنس ماده استفاده شده در سطح متفاوت است. اگر سطح ماده در طول حکاکی لیزری ذوب و بخار شد، تهویه هوا با استفاده از دمنده ها و پمپ خلا تقریباً همیشه مورد نیاز است تا دود و جوش های مضر به وجود آمده از این فرآیند را جذب و اضافات و گردهای روی سطح را پاک کنند تا لیزر بتواند به کارهای خود ادامه دهد.  پرتو لیزر می تواند طوری طراحی شود که درصد بالایی از انرژی نور را به گرما تبدیل می کند. پرتو بسیار متمرکز و موازی است. در اکثر سطوح و موادی که منعکس کننده نیستند و قابلیت بازتاب ندارند مانند چوب، پلاستیک ها، سطوح مینایی و … بحث تبدیل انرژی نور به گرما بسیار شدیدتر است. به این علت دمای تجهیزات مورد استفاده در این نوع حکاکی ها به سرعت بالا می رود و از سیستم های خنک کننده قوی برای این لیزر ها استفاده می شود. متناوباً پرتو لیزر ممکن است به صورت ضربانی کار کند تا شدت این گرما کاهش یابد.

الگوهای مختلفی را می توان با برنامه ریزی کنترل کننده برای عبور از یک مسیر خاص برای پرتو لیزر در طول زمان حکاکی کرد. ردیابی پرتو لیزر به دقت تنظیم می شود تا حذف ماده (حکاکی ماده) به عمق ثابت و دلخواهی برسد. برای مثال از مسیرهای زیگ زاگ استفاده نمی شود تا لیزر هر لبه سطح را پیش از یکبار طی نکند. سرعت و فشار نیز از دیگر فاکتورهای کنترلی هستند. از آنجایی که مکان لیزر توسط کنترل کننده کاملا مشخص است نیازی به اضافه کردن موانعی برای خارج نشدن لیزر از الگوی طراحی شده نیست.

موادی که می توان روی آنها حکاکی کرد

مواد طبیعی

نشانه گذاری مواد طبیعی مثل چوب بر اساس کربن سازی مواد و تیره کردن سطح با کنتراست بالا است. اولین حکاکی های لیزری مستقیماً عکس را روی چوب می سوزاندند. توان مصرفی لیزر در این موارد کمتر از ۱۰ وات است.  استفاده از چوب های سخت مثل گردو، ماهگونی و افرا بهترین نتیجه را می دهد. کاغذ های سخت و ذخیم و تخته فیبرها هم نتایج خوبی دارند. خز قابلیت حکاکی ندارد. اما حکاکی روی چرم امکان پذیر است و نتیجه ای شبیه برند گذاری با گرما را دارد.

پلاستیک

هر پلاستیک ترکیبات خاص خود را دارد، به ویژه طیف جذب نور. اشعه لیزر می تواند تغییرات شیمیایی مستقیمی مثل ذوب شدن یا تبخیر در مواد ایجاد کند. پلاستیک ها به ندرت در حالت خالص دیده می شود، زیرا مواد افزودنی متعددی از قبیل رنگ ها در آن ها استفاده می شود. این مواد افزودنی در نتیجه نشانه گذاری لیزری تاثیر می گذارند.

فلزات

فلزات موادی مقاوم در برابر گرما هستند. و این باعث می شود لیزری با چگالی بالا مورد نیاز باشد. اساساً توان متوسط لیزر منجر به ذوب شدن و توان بالای آن باعث تبخیر ماده می شود.

سنگ و شیشه

سنگ و شیشه به راحتی به گاز تبدیل نمی شوند. همانطور که انتظار می رود، این خاصیت به طور کلی آنها را می توان به عنوان یک کاندیدای مناسب برای روش های حکاکی دیگری مثل سندبلاست یا برش با استفاده از الماس و آب در نظر گرفت. اما هنگامی که یک لیزر به شیشه یا سنگ برخورد می کند، نتیجه جالب دیگری رخ می دهد و آن شکستگی است. منافذ موجود در سطوح مانند دانه های طبیعی یا خرده های کریستال اگر در معرض گرمای شدید قرار بگیرند باعث جدا شدن یک دانه کوچک و میکروسکوپی می شود. به همین علت لیزرها برای حکاکی روی شیشه مناسب هستند و اگر توان، سرعت و تمرکز لیزر دقیق و اندازه باشد تنیجه بدست آمده فوق العاده خواهد بود.

جواهر سازی

تقاضای شخصی سازی و سلیقه های متفاوت در صنعت طلا و جواهر باعث رشد حکاکی لیزری در این صنعت شده است. جواهرسازان به این نتیجه رسیدند که با استفاده از لیزر به نتایج دقیقتر و ظریفتری می رسند. ماشین های حکاکی لیزری در جواهر سازی توانایی های زیادی از جمله حکاکی درون یک حلقه یا حکاکی پشت یک ساعت را دارند.

نسل چدیدی از ماشی های حکاکی لیزری مانند پرینترها به کامپیوترها وصل شده و تمام تنظیمات مثل اندازه تصویر، تولید طرح، عمق حکاکی و … به صورت دیجیتالی قابل تنظیم است.