Grawerowanie 3D w tworzywie sztucznym

[grzes_pos]

Witam.
W jaki sposób można zrobić grawerunek 3D w tworzywie (to jest chyba akryl). Wiem tylko że jest to robione laserem.




Z góry dziękuję za odpowiedzi.

[faniron]

Na tym zdjęciu raczej jest "bloczek" ze specjalnego szkła. W miejsczach gdzie krzyżyją się dwie wiązki lasera zmienia sie struktura szkała (matowieje) i w ten sposóeb powstaje 3d "rysunek"

[Primoza2007]

Mnie się wydaje że tu chodzi o ogniskową (focus point)
Podczas wykonywania modeli w 3D z akrylu laser utwardza żywicę w miejscu w którym soczewka ma ognisko. Można to robić w każdym materiale przez który strumień lasera jest w stanie przenikać.
Drugi sposób to wygrawerować na jednej połówce akrylu, zalać resztę, w próżnię i poczekać aż zastygnie - potem tylko polerka

[diodas1]

Powiem Ci najprościej jak potrafię (Moja żona twierdzi że każde zjawisko wyjaśniam tak zawile że słuchacze usypiają lub doznają zatarcia rozumu) jak powstają takie obrazy wewnątrz przezroczystego bloku materiału. Na początek krótkie wprowadzenie o tym jak funkcjonuje głowica laserowa CO2 która jest zwykle używana w średniej mocy ploterach laserowych. Otóż z tuby laserowej wychodzi prawie równoległy strumień światła (podczerwonego, czyli niewidzialnego ludzkim okiem) Strumień ten zwykle ma przekrój okrągły o średnicy mniej więcej ołówka. Taki strumień też potrafi narozrabiać czyli na przykład zapalić papier czy przypalić drewno. Jednak nie robi on krzywdy metalom więc w takiej "grubej" postaci można go kierować różnymi zwierciadłami, zwykle dla podniesienia trwałości złoconymi, do miejsca docelowego czyli tam gdzie chcemy obrabiać ( ciąć grawerować) różne materiały. Dopiero na końcu swej drogi napotyka na soczewkę skupiającą która skupia to światło w ognisku, do takiej gęstości że można rzeczywiście zobaczyć że światło niesie sporą moc. Przed soczewką stromień ma kształt walca, natomiast za nią przybiera formę stożka. Im bliżej "czubka" stożka, tym większa jest gęstość mocy liczona w W/mm kw. Jeżeli soczewkę umieścimy nad blokiem na przykład pleksi w taki sposób żeby czubek stożka wypadał w środku grubości tego materiału to tam właśnie nastąpi zogniskowanie całej niesionej przez strumień światła laserowego energii. Teraz jeszcze trzeba dobrać moc lasera , ustawiając odpowiedni prąd w jego zasilaczu oraz długość trwania błysku lasera żeby po takim impulsowym strzale zobaczyć że przezroczysty materiał w tym punkcie gdzie ulokowaliśmy ognisko soczewki doznał trwałego uszczerbku na zdrowiu. Pojawiła się widoczna niejednorodność w postaci mikropęcherzyka, przypalenia itp. Należy tak dobrać moc lasera żeby ta destrukcja pojawiła się tylko wewnątrz pleksi. Przy zbyt dużej mocy impulsu zmiany w materiale będą też większe a w krańcowym przypadku obejmą także zewnętrzną ściankę bloku pleksi w miejscu gdzie stożek światła wnika w materiał aż do powstania krateru po eksplozji parującego tworzywa. Mając już "obcykane" wygenerowanie w pleksi czy szkle jednego punktu, dalej sprawa staje się intuicyjna. Wystarczy używając plotera CNC umocować w nim głowicę z soczewką zamiast wrzeciona i hulaj dusza, piekła nie ma. Jeżeli użyjemy tylko osi X i Y to powstała w materiale kompozycja wypalonych punktów będzie płaska. Dodając oś Z czyli trzeci wymiar możemy już tworzyć obraz przestrzenny. Dalej to już kwestia wyobraźni i odpowiedniego oprogramowania żeby tworzony w przezroczystym bloku "duch" rodził się warstwami- najpierw głębsze żeby powstająca tam niejednorodność materiału nie zakłócała tworzenia warstw wyższych Tak to może być proste w teorii. W praktyce diabeł siedzi w szczegółach. Na przykład- trzeba ustawiają odległość soczewki od powierzchni bloku pleksi pamiętać o tym że na styku pleksi i powietrza następuje załamanie promienia światła czyli ognisko wypadnie na innej głębokości niż w powietrzu. Druga sprawa to dobranie ogniskowej soczewki. Im ta ogniskowa będzie krótsza tym stożek będzie mniej ostry (grubszy niż wyższy ) czyli w efekcie szerszy będzie margines błedu przy ustalaniu mocy błysku. Przy zbyt ostrym stożku może łatwo powstać stopienie materiału aż do powierzchni. Co jednak zrobić jeżeli uprzemy się na obrazek w grubej płycie materiału? Musimy z konieczności użyć soczewki o dłuższej ogniskowej. Może to być jednak soczewka o większej średnicy a żeby wszystko było cacy to dodatkowo trzeba pogrubić tę walcową równoległą wiązkę światła która opuszcza tubę laserową z grubości, jak napisałem wyżej ołówka do grubości na przykład trzonka od miotły. Da się to zrobić. W końcu cały czas mamy do czynienia ze światłem. Do takiego pogrubienia potrzebna jest optyka składająca się z dodatkowych dwóch soczewek , jedna o ogniskowej dodatniej a druga ujemnej.

[Inf-el]

wyjaśniam tak zawile że słuchacze usypiają lub doznają zatarcia rozumu

Wyjaśniasz bardzo jasno i sugestywnie.

[Bbuli]

Mi się nic nie zatarło... Dzięki za rozjaśnienie

[diodas1]

Wielkie dzięki za dodanie otuchy Czysty miodek na moje serce.
Od momentu kiedy pierwszy raz buszując po internecie trafiłem na to forum, stało się ono miejscem które odwiedzam regularnie. Tu mieszkają ludzie którzy smarują swoje szare komórki właściwymi środkami konserwującymi, dzięki czemu jeżeli nawet coś zachrzęści lub zaskrzypi w rozumie to jest namacalny dowód że ten rozum jest naprawdę aktywny. Nie wspomnę ile sam ciekawych rzeczy tu się dowiedziałem, ilu interesujących konstruktorów, zawodowców i amatorów pozytywnie zakręconych poznałem. Jak powiadają "wszyscy ludzie wszystko wiedzą" Kiedy jednak wśród miliardów istnień wyłuska się tych mówiących takim samym narzeczem i interesujących się tym samym to mamy namacalną regułkę doskonałości wiedzy w pigułce. Prawdziwy raj dla szalonego konstruktora, pracoholika i wynalazcy kolejnej mutacji koła. Aż chce się jeszcze więcej.

[grzegorz1965]

Diodas1.
Twoje wyjaśnienia są OK.
Ale moje pytanie jest inne.
Czy ty to kiedys zrobiłes laserem CO2?
Czy udało Ci sie tak zogniskować promien aby w bloku PMMA o gr. powiedzmy 20 mm
wypalić punkt we wnetrzu nie naruszając powierzchni?
Sam kiedy robiłem przepalanie takiej płyty zaobserwowałem że przy mocy ok 70 W przepalenie na wylot trwa kilka sekund.
Wg tego co piszesz ,zogniskowanie w środku grubości ni e powinno naruszyc powierzchni jezeli stożek promienia po soczewce nie będzie zbyt ostry.
Tymczasem jeżeli wyjmiesz tubus z soczewką i potraktujesz plexi promieniem pełnej szerokosci, to na powierzchni i tak wyrzeźbisz wzorki ,tyle że szerokie.
Pytam o to wszystko bo nie udało mi się uzyskac tych efektów na laserze CO2 .
jezeli mozesz zasugeruj jakies parametry,bo bardzo bym chciał spróbować zrobic taki grawerek 3D.
Osobiście wydaje mi się że do takich grawerów uzywa sie innych laserów,ale nie jestem ekspertem wiec pytam.

Będe wdzięczny za odpowiedź
Pozdrawiam
Grzegorz

[diodas1]

Witam.
Nie mogę niestety na ten temat napisać nic więcej bo sam nigdy praktycznie całej tej teorii nie testowałem. Napisałeś że przepalenie na wylot trwa kilka sekund. Myślę , a właściwie jestem pewien, że przy tej technice stosuje się naświetlanie impulsowe krótkimi strzałami. Nie wiem czy laser CO2 daje się pobudzić i zgasić tak szybko żeby ekspozycja trwała krócej niż 1 ms. Pooglądałem dokładnie taki wyrób z jakiegoś szkła z "duchem" trójwymiarowym wewnątrz i można było jedno powiedzieć na pewno- że cały ten wewnętrzny twór składał się z mikroskopijnych punktów a właściwie mikrostożków oddalonych od siebie o kilka swoich grubości. Te zakłócenia w strukturze szkła rozmieszczone są w regularnym rastrze 3D o wymiarze z grubsza 0.2-0.3 mm. Czyli najpewniej cała "rzeźba" tworzona jest warstwami i składa się z kilkudziesięciu (kilkuset) tysięcy punktów. Laser musi więc naprawdę szybko strzelać żeby jeden wyrób dało się wykonać w takim czasie aby mógł kosztować zaledwie kilka zł. Myślę że CO2 dla tego zadania jest raczej zbyt wolny. Kształt pojedynczej deformacji w szkle może wskazywać na to że jej długość świadczy o czasie pobudzania lasera w trakcie biegu głowicy ale też może wynikać z rodzaju użytego lasera. Otóż półprzewodnikowa dioda laserowa wysyła promieniowanie z prostokątnego okienka emitera. Jeżeli to promieniowanie po zastosowaniu dobrej optyki uda się optymalnie zogniskować to ognisko też będzie miało prostokątny kształt. Na przykład dioda świecąca w podczerwieni 808nm o mocy 2W ma emiter o wymiarach 1um x 400um Gabaryty emiterów zmieniają się zależnie od mocy i wykonania diody. Półprzewodnikowy laser ma małą pojemność elektryczną w porównaniu z tubą CO2 więc i jego impulsowa praca będzie szybsza. Prawdopodobne też jest że w ploterze 3D do tworzenia takich wyrobów użyto jeszcze innego rodzaju lasera. W każdym razie moc kilkudziesięciu W fali CW to zdecydowanie za dużo. Zauważ że w nagrywarkach CD i DVD też wypalanie danych odbywa się przez warstwę tworzywa krążka płyty a na jej powierzchni nic się widocznego nie dzieje. Tam jednak diody laserowe mają moc 100-200 mW. To fakt że sama warstwa nośnika na której następuje nagrywanie ma specjalne własności umożliwiające operowanie tak małą mocą więc dla szkła czy innych tworzyw przezroczystych należałoby dać coś kilka razy mocniejszego. Stosowałem kiedyś ogniowe polerowanie powierzchni wyrobu z pleksi. Cała sztuka polegała na szybkim liźnięciu powierzchni płomieniem palnika. Wówczas tworzywo tylko na powierzchni stapiało się i wygładzało. Zbyt wolny ruch powodował zagotowanie tworzywa i robiło się gorzej niż było. Gdybyś spróbował ustawić szybki ruch głowicy lasera CO2 i zogniskował wiązkę w środku grubości pleksi to może się udać regulując moc tuby wytworzenie w jej wnętrzu widocznej linii przy jednocześnie nienaruszonej , ewentyalnie bardziej błyszczącej powierzchni. To dałoby z grubsza wskazówkę czy ten kierunek działań jest słuszny. Druga sprawa to nadmuch przez głowicę. Możliwe że w tym wypadku brak nadmuchu będzie korzystniejszy bo przynajmniej nie będzie zakłóceń powstających na powierzchni nadtopionego miejscami tworzywa (stygnące fale) Na marginesie- też nie jestem ekspertem a całe to wymądrzanie wynika jedynie z teorii którą łapczywie chłonę skąd się da , zanim sam stanę się dumnym posiadaczem własnego lasera Teraz akurat walczę z ożywieniem diody laserowej średniej mocy. Dokładnie to sama dioda już działa tylko dobre skolimowanie i zogniskowanie jej promieniowania nastręcza kłopoty. W odróżnieniu od tuby CO2, z której promieniowanie wychodzi w postaci równoległej wiązki, dioda emituje w kształcie ostrosłupa. Trzeba więc najpierw tę rozbiegającą się w przestrzeni wiązkę najpierw skolimować, żeby zacząć myśleć o ogniskowaniu. Od ogniskowej kolimatora będą zależały gabaryty tej równoległej już wiązki. Kolimator o ogniskowej małej da węższą wiązkę ,łatwiejszą do optymalnego zogniskowania ale trzeba go umieścić bliżej emitera diody co z kolei może się skoczyć katastrofą bo sama soczewka kolimatora może ucierpieć od zbytniej kondensacji mocy. Ciężko lekko żyć

[grzegorz1965]

To co piszesz ma sens.
Myslę ze może tu miec zastosowanie laser ni tyle diodowy ale laser z kryształem pompowany diodą.
A jeżeli chodzi o sterowanie promieniem to tylko galwanometry sa w stanie szybko odchylać promień tworząc cały obraz 3D w bardzo krótkim czasie.
Nie wiadomo tez czy da sie to zrobic w kazdym materiale,tzn szkle,aklrylu i to we wszelkich odmianach.
Myslę że lasery które robia takie obrazki,pracują na duzo krótszej fali niz CO2,przez co niosą wyzszą energię w impulsie.
Np znakowarki YAG maja moc powiedzmy 20-30 W i sa w stanie wygrawerować stal,aluminium i metale kolorowe.
Mnie laserem CO2 przy 80 W udało sie przeciac żyletke.
Ale mozna tez znakowac stal nierdzewną.
Przy laserze CO2 zauważyłem ze zwiekszenie dwukrotne mocy wcale nie zwiekszy dwukrotnie predkosci ciecia.Materiał musi miec czas aby zareagowac na przekazaną energie.
Dlatego tak sceptycznie patrzę na możliwośc pracy lasera co2 w 3D.
Ale moze sie myle.
Pozdrawiam


[ Dodano: 2008-09-05, 22:34 ]
Własnie znalazłem stronę z urządzeniami do 3D
http://stnlaser.com/laserengraver1/index1.htm
Tam jest wszystko opisane