Фрезерная и лазерная гравировка: основные отличия, достоинства и недостатки

Фрезерная и лазерная гравировка: основные отличия, достоинства и недостатки

Фрезерная и лазерная гравировка являются субтрактивными технологиями производства. Они удаляют материал для создания канавок желаемой формы и узора.

Оба метода обеспечивают высокую гибкость материала, а возможность автоматизации процесса делает их идеальными для крупносерийного производства.

Итак, в чем же разница между лазерной гравировкой и гравировкой с ЧПУ? И какой из них выбрать для своих целей?

В этой статье обсуждаются основные различия между лазерной гравировкой и гравировкой с ЧПУ, чтобы помочь вам выбрать правильный вариант.

Фрезерная и лазерная гравировка. Различия.

Разница между гравировкой с ЧПУ и лазерной гравировкой заключается в том, что в станках с ЧПУ используется вращающийся шпиндель с концевой фрезой, которая врезается в материал для получения желаемой гравировки, в то время как лазерные граверы используют высокоэнергетический лазер для нагрева и испарения поверхности материала, для создания гравюр.

Разница в методе

Гравировка с числовым программным управлением (ЧПУ) представляет собой процесс обработки с прямым контактом.

Это тип производственного процесса с ЧПУ, при котором материал удаляется режущим инструментом, прикрепленным к мотор-шпинделю с высокой скоростью вращения.

Режущий инструмент, вращающийся с высокой скоростью, погружается в материал, а компьютерная система направляет его движения для создания желаемой гравировки.

Принимая во внимание, что лазерная гравировка — это бесконтактный процесс, в котором используются высокоэнергетические лазеры для нагрева и испарения поверхности материала.

В этой технике инструмент не погружается в материал, а глубина гравировки регулируется различными параметрами лазера, такими как мощность лазера, скорость гравировки и т. д.

Компьютерная система управляет движением лазерной головки для получения требуемого рисунка гравировки.

Различия в точности

Стандартные станки с ЧПУ могут обеспечить точность от 0,001 дюйма до 0,005 дюйма, в то время как специализированные процессы, такие как полировка, обеспечивают воспроизводимую точность 0,00005 дюйма. 

Как правило, настольные лазерные граверы обеспечивают точность около 0,001 дюйма, тогда как лазерные станки промышленного класса могут иметь точность до 0,00005 дюйма.

Лазерные граверы могут создавать гравюры высокого разрешения с контрастными темными и светлыми областями. Следовательно, они подходят для гравировки фотографий и других подобных приложений, требующих переменного контраста.

С другой стороны, станки с ЧПУ не могут обеспечить переменный контраст гравировки, но они идеально подходят для глубокой гравировки (трехмерной гравировки).

Обрабатываемые материалы

Материалы, которые можно гравировать диодным лазером
Материалы, которые можно гравировать диодным лазером

Станки с ЧПУ можно использовать для гравировки почти всех обрабатываемых металлов, таких как алюминий , легированная сталь, низкоуглеродистая сталь, латунь и титан.

Он также может гравировать неметаллы, такие как дерево (твердые и мягкие породы дерева и фанера), пенопласт, пластмассы (акрил, полипропилен и поликарбонаты) и т. д. 

В зависимости от твердости и плотности обрабатываемого материала можно использовать соответствующую фрезерную насадку для гравировального станка с ЧПУ.

Лазерные граверы могут работать со стеклом , деревом , акрилом , кожей , бумагой , тканью , анодированным алюминием, нержавеющей сталью, латунью и серебром.

Тип лазера следует выбирать в соответствии с обрабатываемым материалом, например. при работе с неметаллами наилучшим выбором являются CO 2 -лазеры, тогда как волоконные лазеры лучше всего работают с металлами.

Такие материалы, как ПВХ и винил, при испарении выделяют вредные пары, поэтому их не рекомендуется использовать для лазерной гравировки. 

Однако такие материалы можно безопасно использовать с граверами с ЧПУ, поскольку граверы с ЧПУ не испаряют материал.

Кроме того, лазерные граверы также можно использовать для 3D-лазерной гравировки , но их производительность резко падает по мере увеличения глубины гравировки.

В то время как станки с ЧПУ могут выполнять сравнительно более глубокие гравировки с большей скоростью и качеством.

Таким образом, при сравнении станков с ЧПУ и лазерных станков последний хорошо работает для материала толщиной менее 0,5 дюйма, а первый обеспечивает лучшую производительность для более толстых материалов.

Различия на этапе проектирования

Основным требованием для подготовки проекта является использование программного обеспечения CAD для создания цифровой модели необходимой детали.

Современное программное обеспечение CAD имеет встроенный протокол CAM, который преобразует модель.

После того, как G-код будет готов, вы можете либо использовать редактор G-кода для настройки программы, либо напрямую загрузить его, чтобы начать процесс гравировки. 

Вы должны иметь представление о том, сколько осей (степеней свободы) потребуется для завершения вашей модели.

Кроме того, наличие хороших знаний об оптимальных настройках системы, таких как скорость подачи, скорость погружения и скорость вращения шпинделя для гравировки желаемого материала, играет жизненно важную роль в определении качества гравировки.

Наряду с этим, также важно определить правильную траекторию движения инструмента.

Неэффективная траектория инструмента не только увеличивает время обработки, но и влияет на качество продукции.

В лазерной гравировке программное обеспечение, такое как LaserGRBL и LightBurn, может импортировать и использовать различные типы растровых и векторных файлов, такие как AI, PDF, SVG, DXF, PLT, PNG, JPG, GIF и BMP.

Эти файлы можно создавать с помощью различных бесплатных и платных программ, таких как Inkscape, CorelDraw и Adobe Illustrator.

После импорта файла в шаблон макета вы можете добавить другие желаемые темы, персонажей или тексты.

Следующим шагом является настройка области гравировки и выбор соответствующих параметров мощности для лазерного модуля.

Параметры мощности будут зависеть от типа материала, скорости и требуемого качества гравировки.

Большинство недорогих лазерных граверов имеют фиксированный фокус. Например, если фиксированный фокус равен 2 мм, вам необходимо отрегулировать высоту лазера так, чтобы она находилась ровно в 2 мм от поверхности материала.  

После подготовки дизайна и доработки оптимальных параметров лазерный гравер готов к работе.

Инструменты

Концевые фрезы
Концевые фрезы

Обычно используемые инструменты в гравировке с ЧПУ — это зажимы, сверла, концевые фрезы, торцевые фрезы, развертки, зуборезные фрезы, полые фрезы, резьбовые фрезы и т.д. 

В то время как в лазерных гравировальных станках лазерный модуль является единственным инструментом, используемым для различных целей.

Эти модули доступны с различными рабочими длинами волн и номинальной мощностью.

Длина волны лазерного модуля обычно зависит от типа используемого лазера.

Лазеры CO 2 с длиной волны 10600 нм идеально подходят для гравировки неметаллов, тогда как длина волны волоконных лазеров (1060 нм) идеальна для гравировки металлов.

С другой стороны, диодные лазеры с длиной волны 550нм — 950нм можно использовать для гравировки как металлов, так и неметаллов, но их малая мощность не подходит для испарения твердых металлов.

Аксессуары

Фрезерная и лазерная гравировка. Используемые аксессуары
Фрезерная и лазерная гравировка. Используемые аксессуары

Обычно используемые аксессуары для гравировальных станков с ЧПУ включают держатель алмазной гравировальной насадки, рычажный зажим, твердосплавные режущие инструменты, тиски, корпус станка, систему смазки, систему охлаждения, цанговые держатели и всасывающий насос. 

Поскольку станок с ЧПУ работает, удаляя материал в виде стружки, это приводит к большому количеству пыли и мусора, которые необходимо очищать от рабочей зоны.

Пылезащитный башмак на шпинделе и всасывающий насос используются для удаления пыли и поддержания чистоты рабочей зоны.

Кроме того, трение между гравером и материалом приводит к выделению тепла, поэтому для предотвращения перегрева материала и режущего инструмента требуется система охлаждения, обычно жидкостная.

С другой стороны, аксессуары, используемые с лазерным гравировальным станком, включают вращающийся валик, систему подачи воздуха, выхлопную систему и защитные очки.  

Вращающийся валик обеспечивает дополнительную вращающуюся ось, что позволит лазерному станку гравировать на криволинейных поверхностях.

Поскольку лазерная гравировка работает путем испарения поверхности материала, она образует тяжелые пары, которые могут быть токсичными или нетоксичными, в зависимости от типа гравируемого материала.

Поэтому требуется вытяжная система для удаления дыма от оператора и области гравировки, особенно при работе с такими материалами, как винил, который при испарении выделяет вредный газообразный хлор.

Пневматическая вспомогательная система подает сжатый воздух или вспомогательный газ для повышения скорости съема материала и предотвращения попадания дыма и мусора на фокусирующую линзу и путь лазерного луча.

Это повышает эффективность и предотвращает накопление мусора на поверхности заготовки и лазерной оптики.

Фрезерная и лазерная гравировка. Изделия

Лазерная гравировка дерева
Лазерная гравировка дерева

Гравировка с ЧПУ используется для быстрого прототипирования, точной гравировки, глубокой гравировки и резки деталей машин.

Его можно использовать практически со всеми материалами, от металлов, таких как алюминий, латунь, серебро и титан, до неметаллов, таких как акрил, дерево, пластик и пена.

Лазерная гравировка находит применение в гравировке табличек на наградах, трофеях, штрих-кодах/QR на деталях машин, электронных устройствах, медицинских устройствах, знаках и значках.

С помощью мощных лазеров можно производить глубокую гравировку на различных металлах и неметаллах.

Волоконный лазер MOPA также можно использовать для цветной лазерной гравировки на таких металлах, как нержавеющая сталь, титан и алюминий.

Гравировка с ЧПУ обеспечивает сравнительно большую гибкость материала, чем лазерная гравировка.

Смена инструмента по необходимости позволяет гравировать практически любой материал на станке с ЧПУ.

В то время как при лазерной гравировке один гравер не может использоваться для гравировки разных материалов.

Следовательно, лазерный станок следует выбирать в соответствии с обрабатываемым материалом.

Благодаря точности и повторяемости, обеспечиваемой станками с ЧПУ, они используются во многих отраслях, таких как аэрокосмическая, автомобильная, оборонная, здравоохранение и нефтегазовая промышленность.

Однако, поскольку граверы с ЧПУ работают, оказывая постоянное давление на материал, существует вероятность поломки материала.

Кроме того, типичные граверы с ЧПУ также не подходят для гравировки мелких рисунков, требующих чрезвычайно высокой точности для обработки очень тонкой фрезы без ее поломки.

С другой стороны, лазерные граверы можно использовать для очень сложной детализации на тонких материалах с низкой плотностью, поскольку пятно фокусировки лазера может иметь поперечное сечение 0,19 x 0,16 мм или меньше.

Однако, поскольку лазер нагревает и испаряет материал для создания гравировки, существует вероятность ожога краев, если параметры мощности и скорости не оптимизированы.

Зажим

Зажим заготовки на фрезерном станке с ЧПУ
Зажим заготовки на фрезерном станке с ЧПУ

Станки с ЧПУ работают, обеспечивая высокое усилие резания для гравировки материала с помощью шпинделя. Поэтому материал должен быть правильно закреплен. 

С другой стороны, лазерная гравировка — это бесконтактный процесс, который не оказывает никакого механического воздействия на материал и, следовательно, не требует мощного оборудования для закрепления материала на верстаке.

Легкие материалы, такие как бумага и ткань, должны удерживаться на месте с помощью двустороннего скотча, пресс-папье или магнитов.

Принимая во внимание, что шурупы для дерева, двусторонняя лента, ступенчатые блоки и вакуумные зажимы являются одними из популярных зажимных инструментов, используемых на гравировальных станках с ЧПУ. 

Шурупы для дерева являются одним из самых дешевых и эффективных зажимных инструментов, которые можно использовать для удержания заготовки на месте.

Однако это повредит верстак и не позволит использовать всю поверхность заготовки.

Двусторонний скотч — еще один вариант, но скотч должен быть высокого качества, иначе заготовка может оторваться во время обработки, что может быть опасно.

Использование рычажных зажимов является эффективным способом зажима заготовок с одинаковой толщиной (плоская поверхность), но регулировка резиновой прокладки для материала с переменной толщиной (криволинейная поверхность) может быть затруднена.

Это также не позволяет гравировать всю поверхность заготовки, так как зажимы закрывают часть поверхности.

Ступенчатые блоки позволяют быстро и легко зажимать заготовки. Однако они работают только в том случае, если у вас есть рабочий стол с Т-образными пазами или решетка с резьбовыми вставками.

Вакуумные подкладки можно использовать для надежной фиксации заготовки на верстаке. Он может удерживать материал любой толщины и представляет собой надежную систему зажима.

Однако дополнительные требования к вакуумному насосу делают эту зажимную систему дорогостоящей. 

Фрезерная и лазерная гравировка. Предварительная обработка

На станках с ЧПУ материалы должны быть нарезаны до обрабатываемых размеров, прежде чем с ними можно будет работать.

Как правило, рекомендуется использовать программное обеспечение симулятора, чтобы обеспечить безопасную траекторию движения инструмента для гравировки с ЧПУ.

В то время как для лазерной гравировки большинство программного обеспечения CAM предоставляет тестовую функцию, в которой лазерная головка отслеживает шаблон обработки, не включая лазер.

Прозрачные или отражающие материалы, такие как стекло и металл, должны быть окрашены или покрыты малярной лентой перед лазерной обработкой.

И лазеры, и граверы с ЧПУ работают на основе G-кода, генерируемого программным обеспечением CAM.

Однако вы можете использовать редактор G-кода, чтобы настроить программу и обеспечить наиболее безопасную и эффективную траекторию.

Шум

Поскольку станки с ЧПУ используют шпиндель для гравировки на материалах с прямым контактом, они, как правило, имеют уровень шума около 80-120 дБ. 

В то время как лазерные граверы используют лазерный луч, исключая использование шпинделя с высокой скоростью вращения.

В результате лазерные граверы работают намного тише, чем граверы с ЧПУ.

Как правило, они имеют полностью рабочий уровень звука 60-75 дБ (для справки, мы обычно говорим в диапазоне 60 дБ).

Фрезерная и лазерная гравировка. Обслуживание

В станках с ЧПУ режущий инструмент гравирует материал путем прямого контакта.

Это создает трение, которое вызывает износ гравировальных инструментов, что требует частой заточки или замены инструмента.

Например, цанги, которые регулярно используются около 8 часов в день, подвергаются сильному износу и часто требуют замены в течение 3 месяцев.

Лазерная гравировка — это бесконтактный процесс, при котором материал не соприкасается с гравировальным инструментом. Это снижает техническое обслуживание лазерных граверов.

Однако неисправная или поврежденная лазерная трубка может привести к дорогостоящей замене, что увеличивает стоимость обслуживания лазерного гравера.

Как правило, лазерные модули имеют срок службы от 10 000 до 100 000 часов в зависимости от типа лазера и качества машины.

Различные станки с ЧПУ и лазерные граверы и их система осей

Многоосевой станок с ЧПУ
Многоосевой станок с ЧПУ

Гравировальные станки с ЧПУ можно разделить на 3-осевые и многоосевые

Принимая во внимание, что лазерные граверы классифицируются на основе типа используемого лазера.

Фрезерные и токарные станки с ЧПУ работают по 3 осям (X, Y, Z), а режущий инструмент перемещается вокруг заготовки.

Иногда детали, подлежащие гравировке, бывают сложными. Эти сложные детали можно гравировать на многоосевом (4, 5 или 6 осях) станке с ЧПУ.

5 осей включают обычные оси X, Y и Z, а также возможность вращения вокруг любых двух из этих трех осей.

Типы лазеров различаются в зависимости от их источника лазера (CO 2, диодные и волоконные лазеры) и рабочей длины волны.

Большинство лазерных граверов имеют 3-осевое перемещение.

Оси X и Y контролируются компьютерной системой для отслеживания траектории требуемого рисунка гравировки, тогда как ось Z управляет фокусом лазера, который может или не может быть автоматизирован.

Сравнение стоимости — фрезерная и лазерная гравировка

В приведенных ниже таблицах указан ориентировочный диапазон цен на лазерные гравировальные станки и станки с ЧПУ, а также средние эксплуатационные расходы.

Гравер с ЧПУДиапазон цен ($)Средняя стоимость эксплуатации ($/час)
Настольный компьютер350-5к40
Настольная машина500-10к75
Промышленный станок 3к-150к120-200
Стоимость гравировального станка с ЧПУ

Лазерный граверДиапазон цен ($)Средняя стоимость эксплуатации ($/час)
Настольный500-2к0,15-0,20
Промышленный2к-200к0,25-0,5
Стоимость лазерной гравировки

Однако эти значения могут варьироваться в зависимости от таких факторов, как используемый материал, сложность конструкции, трудозатраты, время, необходимое для выполнения работы, объем и накладные расходы.

Лазерный гравер с аналогичными возможностями может стоить немного дороже, чем гравер с ЧПУ, но обеспечивает сравнительно более низкие средние эксплуатационные расходы.

Кроме того, в зависимости от используемых аксессуаров, лазерные граверы могут иметь несколько более высокую общую стоимость, чем граверы с ЧПУ.

Последние мысли

У граверов с ЧПУ и лазерных граверов есть свои плюсы и минусы. Оба являются передовыми технологиями, способными давать гораздо более высокие результаты, чем традиционные методы гравировки.

Станки с ЧПУ предлагают более высокую степень свободы, чем лазерные граверы. Они также могут работать с более широким спектром материалов с регулировкой типа режущего инструмента.

В случае с лазерными граверами один лазерный гравер не может использоваться для обработки всех типов материалов, и поэтому важно определить ваши требования перед покупкой лазерного гравера.

В целом, гравер с ЧПУ идеально подходит для гравировки изделий, требующих переменной глубины, таких как 3D-гравировка, а лазерный гравер идеально подходит для гравировки сложных узоров с высоким разрешением.

Фрезерная и лазерная гравировка. Часто задаваемые вопросы

Почему один лазерный гравер не может гравировать на всех типах материалов?

Один лазерный гравер не может гравировать на всех типах материалов, потому что разные типы лазеров работают в разных диапазонах длин волн. Не все длины волн легко поглощаются различными материалами, и тип лазера следует выбирать в соответствии с обрабатываемым материалом. Например, волоконные лазеры работают в диапазоне от 780 до 2200 нм и лучше всего поглощаются металлами, поэтому волоконные лазеры подходят для гравировки металлов.

Почему для лазерной гравировки необходимы такие аксессуары, как системы подачи воздуха и защитные очки?

Для лазерных граверов требуются системы подачи воздуха и защитные очки, поскольку лазерная гравировка работает путем нагревания поверхности материала и его испарения. Это создает гравюры. Испарение материала приводит к образованию дыма, который необходимо держать подальше от заготовки и лазерной оптики, чтобы сохранить качество гравировки. Защитные очки защищают ваши глаза от воздействия вредного излучения лазеров. Большинство лазерных гравировальных станков имеют акриловые экраны для фильтрации большей части излучения. В таких случаях очки обеспечивают дополнительную безопасность.

Может ли один и тот же режущий инструмент гравировать алюминий и титан на гравере с ЧПУ?

Нет, один и тот же режущий инструмент не может гравировать и алюминий, и титан. Это связано с тем, что алюминий мягче и менее плотный по сравнению с титаном, который является одним из самых прочных металлов. Следовательно, для гравировки титана вам понадобятся специальные инструменты с твердосплавным покрытием.

Вам может также понравиться...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Срок проверки reCAPTCHA истек. Перезагрузите страницу.