ლაზერული ჭრა არის მასალის დამუშავების ციფრული მეთოდი: ლინზით ფოკუსირებული ლაზერის სხივი მასალას ვიწრო ხაზზე ისე აცხელებს, რომ ის იწვის, ორთქლდება ან დნება, ხოლო კომპიუტერი სხივს ზუსტად ფაილში დახაზული კონტურით ატარებს. იგივე აპარატი ზედაპირზე ნახატს, წარწერას და ფოტოსაც „წვავს“, ამიტომ ხშირად ერთად ამბობენ: ლაზერული ჭრა და გრავირება.
ლაზერული ჭრის აპარატს (მას ლაზერული ჭრის დანადგარსაც და ლაზერული ჭრისა და გრავირების აპარატსაც უწოდებენ) დღეს შეხვდებით სარეკლამო სახელოსნოში, სუვენირების საამქროში, არქიტექტურულ ბიუროსა და სკოლის მეიქერ-ლაბში. ის ფანერიდან ყუთს რამდენიმე წუთში ჭრის, აკრილიდან ასოებს აბრისთვის, ტყავიდან ბრელოკს.
ქვემოთ აგიხსნით, რა ხდება აპარატის შიგნით, რომელი ოპერაცია როდის გამოიყენება და რა უნდა იცოდეთ უსაფრთხოებაზე, სანამ პირველ ფაილს გაუშვებთ.
როგორ მუშაობს ლაზერული ჭრის აპარატი?
სახელოსნოებში ყველაზე გავრცელებული CO₂ ლაზერია. მისი გული შუშის მილია (laser tube), რომელიც უხილავ ინფრაწითელ სხივს გამოსცემს, ტალღის სიგრძით 10,6 მიკრომეტრი. სხივი მასალამდე ასე მიდის:
- მილიდან გამოსული სხივი სარკეებზე აირეკლება და მოძრავ თავაკამდე (laser head) აღწევს.
- თავაკში ლინზა სხივს ერთ პაწაწინა წერტილად კრებს. სწორედ ამ წერტილში, ფოკუსში, არის ენერგია ყველაზე მაღალი.
- თავაკი პორტალზე (gantry) X და Y ღერძებზე მოძრაობს, კონტროლერი კი ფაილის მიხედვით რთავს და თიშავს სხივს, ცვლის მის სიმძლავრესა და სიჩქარეს.
- საქშენიდან ჭრის წერტილს ჰაერი მიეწოდება (Air Assist): ის კვამლს და ნამწვს აშორებს, იცავს ლინზას და ამცირებს ალის გაჩენის რისკს.
- გამწოვი ვენტილატორი კვამლს და აირებს მილით შენობის გარეთ გაჰყავს.
ფოკუსი მთავარი პარამეტრია. თუ ლინზასა და მასალას შორის მანძილი არასწორია, წერტილი დიდდება: ჭრა განიერდება, კიდე უფრო იწვის და სხივი მასალას ბოლომდე ვეღარ კვეთს. ამიტომ ყოველი ახალი ფურცლის წინ ფოკუსს თავიდან ამოწმებენ.
ჭრა, ხაზვა თუ გრავირება: რა განსხვავებაა?
ერთი აპარატი სამ სხვადასხვა ოპერაციას ასრულებს. განსხვავება ფაილის ტიპსა და თავაკის მოძრაობაშია.
| ოპერაცია | ფაილი | როგორ მოძრაობს თავაკი | მაგალითი |
|---|---|---|---|
| ჭრა (cut) | ვექტორული ხაზი | მიჰყვება კონტურს და კვეთს მთელ სისქეს | ყუთის კედელი, საყური |
| ხაზვა (score) | ვექტორული ხაზი | იგივე კონტური, დაბალი სიმძლავრით | მოსაკეცი ხაზი, ნახატის მოხაზულობა |
| გრავირება (engrave) | რასტრი ან შევსებული ფორმა | სტრიქონ-სტრიქონ, როგორც პრინტერი | ლოგო, ფოტო, წარწერა |
ვექტორი მათემატიკურად აღწერილი ხაზია (SVG, DXF, AI, PDF ფაილები), რასტრი კი პიქსელებისგან შემდგარი სურათი (JPG, PNG). ჭრისთვის ყოველთვის ვექტორი გჭირდებათ, გრავირებისთვის კი ორივე გამოდგება. პროგრამაში ოპერაციებს ფერებით ჰყოფენ: მაგალითად, წითელი ხაზი ჭრაა, ლურჯი ხაზვა, შავი შევსება გრავირება.
რიგითობასაც აქვს მნიშვნელობა. ჯერ გრავირება სრულდება, შემდეგ შიდა კონტურები (ხვრელები) და ბოლოს გარე კონტური. თუ დეტალს ჯერ გარედან ამოჭრით, ის შეიძლება ოდნავ გადაადგილდეს და შიდა ხვრელი ადგილს ასცდეს.
CO₂, დიოდური თუ ფაიბერ ლაზერი: რომელი რისთვისაა?
ლაზერის ტიპი მის ტალღის სიგრძეს განსაზღვრავს, ტალღის სიგრძე კი იმას, რომელი მასალა შთანთქავს სხივს და რომელი გაატარებს ან აირეკლავს.
| ტიპი | ტალღის სიგრძე | მთავარი გამოყენება | შეზღუდვა |
|---|---|---|---|
| CO₂ | 10,6 მკმ (ინფრაწითელი) | ხე, ფანერა, აკრილი, ტყავი, ქაღალდი; მინისა და ქვის გრავირება | შიშველ ლითონს ირეკლავს |
| დიოდური | დაახლ. 450 ნმ (ლურჯი) | ხისა და ტყავის გრავირება, თხელი ფანერის ჭრა | გამჭვირვალე აკრილს ვერ ჭრის |
| ფაიბერი | 1064 ნმ | ლითონის მარკირება და გრავირება | ხისა და აკრილისთვის CO₂ ჯობია |
სახელოსნოსთვის, სადაც ძირითადად ხე და აკრილია, CO₂ ყველაზე უნივერსალური არჩევანია. დიოდური ლაზერი კომპაქტური და იაფია, მაგრამ სქელ მასალას ნელა და რამდენიმე გავლით ჭრის. სიმძლავრის, ფასისა და მოვლის ხარჯის შედარება და რჩევა, რომელი აპარატი შეეფერება თქვენს საქმეს, იხილეთ სტატიაში CO₂ თუ დიოდური ლაზერი.
ლითონზე ერთი დაზუსტება: სამაგიდო CO₂ ლაზერი შიშველ ფოლადს ვერც ჭრის და ვერც პირდაპირ აგრავირებს, რადგან ლითონი მის სხივს ირეკლავს. გამონაკლისია ანოდირებული ალუმინი, რომლის შეღებილ ფენასაც CO₂ სხივი პირდაპირ აუფერულებს, და ლითონი, რომელიც სპეციალური მარკირების სპრეით არის დაფარული. ფოლადის ფურცლებს ქარხნებში კილოვატიანი სამრეწველო ლაზერები ჭრიან.
რა არის კერფი (kerf) და რატომ უნდა იცოდეთ?
კერფი არის ხაზის სიგანე, რომელსაც სხივი მასალიდან „ჭამს“. ლაზერისთვის ის ძალიან ვიწროა, ხშირად მილიმეტრის მეათედები, მაგრამ ზუსტ დეტალებში მაინც იგრძნობა.
მაგალითი: დახაზეთ 40 მმ-იანი კვადრატი. თუ კერფი 0,2 მმ-ია, ამოჭრილი კვადრატი 39,8 მმ გამოვა, ფურცელში დარჩენილი ხვრელი კი 40,2 მმ. სტიკერისთვის ეს არაფერს ცვლის, მაგრამ ყუთის სახსარი ან ჩასასმელი ღარი თავისუფალი გამოვა და დეტალები ერთმანეთს არ ჩაეჭიდება. ამიტომ ზუსტ ნაკეთობაში კონტურს ნახევარი კერფით (ამ მაგალითში 0,1 მმ-ით) ანაცვლებენ: დეტალისას გარეთ, ხვრელისას შიგნით. ამას კერფის კომპენსაცია ჰქვია და დეტალურად ვხსნით სტატიაში ხის ყუთი ლაზერით: თითებიანი სახსრები.
კერფი ფოკუსზე, სიმძლავრეზე, სიჩქარეზე, მასალასა და სისქეზეა დამოკიდებული. მის გასაზომად ამოჭერით პატარა კვადრატი, კალიპერით გაზომეთ და ნომინალურ ზომას შეადარეთ: სხვაობა თქვენი კერფია, მისი ნახევარი კი კომპენსაციის მნიშვნელობა.
სად გამოიყენება ლაზერული ჭრა და გრავირება?
ლაზერი იქ არის ძლიერი, სადაც ბრტყელი ფურცლიდან ზუსტი, რთული ფორმა სწრაფად უნდა მიიღოთ, ან ერთი ნაკეთობა სახელით და თარიღით უნდა მოირგოთ:
- აბრები და რეკლამა: აკრილის ასოები, განათებული წარწერები, მაგიდის დაფები.
- შეფუთვა: სასაჩუქრე ყუთები, მუყაოს პროტოტიპები, ბრენდირებული ხის ყუთები.
- არქიტექტურული მაკეტები: ფანერის, მუყაოს და აკრილის შენობები და რელიეფი.
- სამკაულები და აქსესუარები: საყურეები, ბრელოკები, ტყავის ბარათების ჩასადები.
- სუვენირები და პერსონალიზებული საჩუქრები: სახელით, თარიღით ან ფოტოთი.
- ელექტრონიკის კორპუსები: Arduino-ს და სენსორების ყუთები ფანერიდან ან აკრილიდან.
- ტექსტილი და ფეტრი: ნიმუშების ჭრა ტანსაცმლისა და ჩანთებისთვის.
- მრეწველობა: მაღალი სიმძლავრის აპარატები ფოლადის, უჟანგავი ფოლადისა და ალუმინის ფურცლებს ჭრიან.
კონკრეტული ნაკეთობები მასალით და სირთულით შევკრიბეთ სტატიაში 15 იდეა ლაზერული ჭრისთვის, ხოლო მათთვის, ვინც ამის სწავლას ფიქრობს, დაწვრილებით ვყვებით, რას ისწავლით ლაზერული ჭრის და გრავირების კურსზე.
რომელ მასალას ჭრის ლაზერი და რომელს არა?
60–100 W სიმძლავრის CO₂ აპარატი კომფორტულად ჭრის 3–6 მმ ფანერას, MDF-ს, აკრილს, ნატურალურ ტყავს, მუყაოს, ქაღალდს და ფეტრს. ფანერა და აკრილი უფრო სქელიც იჭრება, მაგრამ ნელა და ზოგჯერ რამდენიმე გავლით. მინას, ქვას (ფიქალი, გრანიტი) და კერამიკას ლაზერი მხოლოდ აგრავირებს.
არის მასალები, რომლებსაც ლაზერით არასოდეს ჭრიან. PVC (ვინილი, ხელოვნური ტყავი) ჭრისას ქლორწყალბადს (HCl) გამოყოფს, რომელიც ადამიანსაც აზიანებს და აპარატსაც. ABS-ს ციანწყალბადის გამოყოფა შეუძლია, პოლიკარბონატი კი იწვის და ცუდად იჭრება. ასევე არ ჭრიან ქაფპლასტს (პოლისტიროლის ქაფს): ის ადვილად აალდება. სრული ცხრილი სისქეებით და აკრძალული მასალების სიით მოცემულია სტატიაში რომელ მასალას ჭრის ლაზერი.
უსაფრთხოება: Class 4 ლაზერი, ხანძარი და კვამლი
სხივი. CO₂ მილი Class 4 ლაზერია: პირდაპირი და არეკლილი სხივიც კი აზიანებს თვალს და იწვევს კანის დამწვრობას. დახურული აპარატი მთლიანობაში Class 1-ად ითვლება, რადგან კორპუსი სხივს არ უშვებს, სახურავის გაღებისას კი ბლოკირება (interlock) ლაზერს თიშავს. ბლოკირების გათიშვა დაუშვებელია.
ხანძარი. ჭრის წერტილში ალი შეიძლება გაჩნდეს, განსაკუთრებით ნელი სიჩქარით ან ჰაერის მიწოდების გარეშე. ამიტომ აპარატს მუშაობის დროს მარტო არ ტოვებენ, თუნდაც ერთი წუთით, ახლოს კი ნახშირორჟანგის (CO₂) ცეცხლმაქრი უნდა იყოს.
კვამლი. გამწოვი ყოველთვის ჩართული უნდა იყოს და კვამლი შენობის გარეთ გაჰქონდეს. ჭრის დასრულებისას სახურავს მაშინვე არ ახდიან: რამდენიმე წამს ელოდებიან, სანამ გამწოვი კამერას გაასუფთავებს.
ყოველი ჭრის წინ ხუთი შემოწმება: ფოკუსი დაყენებულია, ჰაერის მიწოდება და გამწოვი ჩართულია, მასალა ცნობილია და უსაფრთხოა, ჩარჩო (frame) შემოწმებულია და ფურცელზე ეტევა, ცეცხლმაქრი ხელმისაწვდომია. ჭრის დროს აპარატის გვერდით დარჩით და ალს თვალი ადევნეთ.
ლაზერი, CNC თუ 3D პრინტერი?
სამივე ციფრული წარმოების (digital fabrication) ხელსაწყოა, მაგრამ სხვადასხვა საქმისთვის. ლაზერი ბრტყელ ფურცელს სწრაფად და ძალიან ვიწრო ხაზით ჭრის და ზედაპირს აგრავირებს. CNC ფრეზი მასალას საჭრისით აშორებს, ამიტომ სქელ ფანერასა და მასიურ ხეს ამუშავებს და მოცულობით რელიეფსაც ჭრის. 3D პრინტერი კი საგანს ფენა-ფენა აშენებს პლასტმასიდან. დეტალური შედარება ცხრილით ნახეთ სტატიაში CNC, ლაზერი თუ 3D პრინტერი.
სად ვისწავლოთ ლაზერული ჭრა და გრავირება თბილისში?
TDS-ის ლაზერული ჭრისა და გრავირების კურსი დამწყები ზრდასრულებისთვისაა: 6 კვირა, 12 შეხვედრა, ჯამში 36 საათი, ლაბში. კურსზე CorelDRAW-ში ამზადებთ ვექტორულ ფაილს, LightBurn-ში აწყობთ ფენებს, ირჩევთ მასალას, აკეთებთ სიმძლავრისა და სიჩქარის ტესტს, ზომავთ კერფს და მუშაობთ 100 W სიმძლავრის CO₂ აპარატზე 1300×900 მმ სამუშაო ველით. კურსი სრულდება საკუთარი ნაკეთობით. სრული პროგრამა იხილეთ ლაზერული ჭრის კურსის გვერდზე.
კურსი TDS-შილაზერული ჭრა და გრავირება5 კვირა · 20 სთ · დაწყება 17 ნოედეტალურადხშირად დასმული კითხვები
რამდენად ზუსტია ლაზერული ჭრა?
სამრეწველო აპარატები მილიმეტრის მეასედების სიზუსტეს აღწევენ. სახელოსნოს CO₂ ლაზერზე რეალური სიზუსტე ფოკუსზე, კერფის კომპენსაციასა და მასალაზეა დამოკიდებული. სწორად აწყობილ აპარატზე თითებიანი სახსრები 0,1 მმ სიზუსტით კეთდება.
შეუძლია თუ არა ლაზერს ლითონის ჭრა?
სამაგიდო CO₂ და დიოდურ ლაზერს არა: შიშველი ლითონი სხივს ირეკლავს. ლითონის მარკირებისთვის იყენებენ ფაიბერ ლაზერს ან CO₂-ს სპეციალური სპრეით, ჭრისთვის კი კილოვატიან სამრეწველო ლაზერს.
საშიშია თუ არა ლაზერული ჭრა?
დახურული აპარატი, ჩართული ბლოკირებით, გამწოვით და ცნობილი მასალით, უსაფრთხოა. მთავარი რისკები ხანძარი და კვამლია, ამიტომ აპარატს უყურადღებოდ არ ტოვებთ და PVC-ს არასოდეს ჭრით.
რა პროგრამაა საჭირო ლაზერული ჭრისთვის?
ფაილს ამზადებენ ვექტორულ რედაქტორში: CorelDRAW, Adobe Illustrator ან უფასო Inkscape. აპარატს კი მართავენ LightBurn-ით ან მწარმოებლის პროგრამით, მაგალითად RDWorks-ით. LightBurn-ის პირველი ნაბიჯები ახსნილია სტატიაში LightBurn დამწყებთათვის.
რით განსხვავდება ლაზერული ჭრა და ლაზერული გრავირება?
ჭრისას სხივი კონტურს მიჰყვება და მასალას მთელ სისქეზე კვეთს. გრავირებისას თავაკი ზედაპირს სტრიქონ-სტრიქონ ავლის და მხოლოდ ზედა ფენას წვავს, ისე რომ ნახატი ან წარწერა რჩება.
შემდეგი ნაბიჯი
თუ ლაზერული ჭრა და გრავირება გაინტერესებთ როგორც ხელობა, საჩუქრების დასამზადებლად ან მცირე ბიზნესისთვის, საუკეთესო გზა პრაქტიკაა: ფაილი, ტესტი, პირველი ჭრა. ჩვენი ლაზერული ჭრისა და გრავირების კურსი ამ გზას ნულიდან საკუთარ ნაკეთობამდე გადის.
წყაროები
- Laser cutting, Wikipedia
- Boxford BGL690 laser cutter: risk assessment, University of Cambridge
- Laser Cutters, University of Illinois Division of Research Safety
- Laser Cutting/Engraving, University of Maryland Terrapin Works
- Laser cutting machines, Trotec Laser
- Can a CO2 laser engrave metal?, Boss Laser
- Boxes.py user manual: burn correction, Florian Festi
