Laser P to rodzina maszyn technologicznych firmy GF Machining Solutions do teksturowania laserowego (ilustracja 1) i grawerowania na powierzchni przedmiotów. Teksturowanie laserowe wykorzystywane jest do nadawania finalnej faktury powierzchni przedmiotu obrabianego. Jest to alternatywna metoda względem metody polegającej na trawieniu fotochemicznym. Dodatkowo teksturowanie laserowe nie oddziałuje szkodliwie na środowisko naturalne.

Ilustracja 1. Przykład teksturowania i grawerowania na obrabiarce Laser P firmy GF Machining Solutions.

Teksturowanie laserowe pod kątem jakościowym zapewnia powtarzalność obróbki. Wykorzystywana jest przede wszystkim do form i matryc w celu uzyskania finalnych właściwości estetycznych oraz użytkowych na powierzchni wyrobu (np. faktura powierzchni części chwytowej aparatu fotograficznego o lepszej przyczepności i odporności na zawilgocenie). Tego typu technikę wykorzystuje się także do kreowania właściwości powierzchni produktów finalnych.

Obrabiarki do teksturowania laserowego z rodziny Laser P zbudowano na podstawie konstrukcji frezarskich centrów obróbkowych CNC jak i skonstruowano całkowicie niezależnie (np. Laser P 400U – ilustracja 2) i 4000U. Korpus wraz z osiami stanowią pełną, masywną co zapewnia stabilną wymiarowo konstrukcję maszyny technologicznej.

Ilustracja 2. Laser P 400U firmy GF Machining Solutions.

Zastosowanie

Nadawanie faktury powierzchni form dla przetwórstwa tworzyw sztucznych (w tym m.in. przemysł oponiarski, butelki, odbłyśniki lamp samochodowych, deska rozdzielcza w samochodzie). Technikę tą stosuje się także do produkcji uszczelnień, jubilerskich narzędzi tnących oraz w przemyśle optycznym i militarnym.

Grawerowanie polega na usuwaniu materiału na podstawie modelu 3D profilu. Obróbka ta jest analogiczna do frezowania na centrum frezarskim CNC. Różnica polega przede wszystkim na rodzaju narzędzia. Przykładem wykorzystania grawerowania laserowego jest wykonywania oznaczeń alfanumerycznych na powierzchniach trudnodostępnych.

Technika określana mianem blastingu (ang.) to nadawanie żądanej chropowatości powierzchni (Ra) oraz kreowanie funkcjonalności danej powierzchni (np. właściwości antyseptyczne, hydrofobowe, znaczna przyczepność).

Lasery

Wykorzystywane są lasery o dwóch różnych czasach trwania impulsów: nano (10‑9 s – laser światłowodowy) i femto (10‑15 s). Lasery femto umożliwiają przeprowadzenie obróki określanej mianem zimnej ablacji. Proces ten polega na przejściu usuwanego materiału bezpośrednio z fazy stałej do gazowej (odparowanie). Jakość obrobionej powierzchni jest jakościowo istotnie lepsza, co wynika z braku przypaleń, zniekształceń oraz mniejszych nachylenia ścian bocznych. Jest to możliwe gdyż nie ma procesu stapiania materiału i wydzielania się ciepła na powierzchni obrabianej.

Dzięki zimnej ablacji umożliwiono obróbkę materiałów palnych (np. magnez). Ciekawostką technologiczną jest tworzenie powierzchni wielokolorowych (hologramy). Tego typu technologię wykorzystuje się do tworzenia tzw. copy-right parts czyli znakowania przedmiotów w zakresie ochrony praw autorskich. Tego typu hologram wykonany na powierzchni formy będzie odwzorowany na przedmiocie obrabianym (wyprasce).

Laser iterbowy

Laser iterbowy stanowi przykład znaczącego usprawnienia technologii laserowego teksturowania. Iterb to pierwiastek z grupy lantanowców. Laser iterbowy stanowi odmianę lasera włóknowego, który bazuje na wykorzystani światłowodu domieszkowanego aktywnymi jonami wewnątrz rezonatora optycznego. Lasery iterbowe cechują się bardzo wysokim wzmocnieniem jednostkowym dzięki czemu uzyskuje się niskie moce progowe i sprawność powyżej 80%.

Dzięki wysokiemu stosunkowi powierzchni do objętości ośrodka włóknowego nie występuje konieczność odprowadzania znacznej energii cieplnej, co stanowi problem laserów dużych mocy innej konstrukcji. Taka cecha laserów iterbowych predysponuje je do zastosowań w różnego rodzaju procesach obróbkowych (m.in. teksturowanie, grawerowanie).

Ilustracja 3. Wnętrze Laser P GF Machining Solutions – głowica, system paletowy.

Dostępne moce laserów to 20, 30, 50 i 100 W.  W zależności od modelu obrabiarki Laser P stosowane różne moce. W przypadku modelu Laser P 400 zastosowano tzw. głowicę Dual Head, która zapewnia dwa źródła laserowe: femto do grawerowania oraz nano do nadania chropowatości. Czas przełączenia pomiędzy źródłami w trakcie procesu obróbki wynosi zaledwie 0.7 s (skrócenie głównych czasów maszynowych t_g np. z 3.5 godziny do 30 minut.

Na ilustracji 3 przedstawiono wnętrze Laser P (głowica, przestrzeń robocza, system paletowy). Wielofunkcyjna głowica wyposażona jest w:

1. czerwony laserowy wskaźnik dla szybszego pozycjonowania (bazowania);
2. dyszę odsysającą;
3. kamerę do dokładnego pozycjonowania;
4. dwa skanery;
5. przedmiotową sondę stykową;
6. przedmuch sprężonym powietrzem;
7. soczewki ogniskujące szybkowymienialne (określają wielkość plamki – dostępne są plamki o średnicy 25, 40 i 70 μm ).

Automatyzacja Laser P z wykorzystaniem systemu paletyzacji Systemu 3R dostępna jest w modelach Laser P 600U i 1000U.

CAM

Oryginalne oprogramowanie zaimplementowanie w Laser P, które dostarcza algorytm obróbki laserowej powierzchni wykorzystujący podział powierzchni na wielokąty zamiast prostokątów. Bez względu na zastosowaną ogniskową jakość powierzchni jest ta sama. Funkcja Smart Patch dokonująca niezbędnych obliczeń do realizacji procesu obróbkowego dokonuje dziesięciokrotnego zmniejszenia liczby kroków co przekłada się nawet na  dwukrotne skrócenie czasu obróbki powierzchni.

Modele Laser P

GF Machining Solutions w ramach kryterium gabarytowego obrabiarek do teksturowania oferuje takie modele jak: 400/400U/600U/1000U/1200U/4000U. Odmiana 1200U Dedicated przeznaczona jest do obróbki form dla bocznych ścianek opon. Liczba oznaczeniu modelu oznacza maksymalny możliwy przesuw w osi X obrabiarki. Maksymalna masa w zależności od modelu Laser P i jego opcji wynosi od 4 do ponad 20.000 kg.

Źródła

1. Materiały informacyjne GF Machining Solutions
2. http://laboratoria.net/artykul/20670.html
3. Honczarenko J., Obrabiarki sterowane numerycznie, WNT 2008