Základní průvodce světem gravírovacích laserů

Na začatku doporučujeme se dobře zamyslet co bychom od tohoto přistroje očekávali a jasně si vydefinovat co na přistroji budeme chtít tvořit. Vzhledem k rozdílným výkonům musíte dát peníze až na „poslední“ místo, protože  v opačném případě sice ušetřite, ale budete se trápit, připadně nebudete schopni svá očekávání naplnit a vaše investice tak bude špatně zhodnocena.

Tento článek je zaměřem na obecné laserové gravírování s primární orientací na diodové laserové gravírky s modrým paprskem 455nm. Pokud nevíte jaká technologie je pro Vás tou pravou, zda modrá dioda, CO2, Infračervený paprsek či Fiber Laser, tak doporučujeme nejprve přečist náš článek - Jak vybrat správný gravírovací a řezací laser

Na našem blogu také naleznete dalši užitečné informace jako základní rozdělení schopností dle výkonu, recenze na nejnovější modely či inspiraci pro vaši tvorbu.

V nabídce máme napřiklad diodové modely s modrým paprskem 450-460nm o výkonu 5W, 10W, 20W a nově také až 40W světelného výkonu. Prosím nezaměňovat s elektrickým výkonem přístroje jak se uvádělo u laserových gravírek předchozích generací, kde se výkony uváděly od 15 do 90W. Jednalo se však o výkon přístroje, ne světelný výkon laseru, který jasně definuje schopnosti gravírky. Pokud někde vidíte stroje o výkonu 15W,30W, 45W či 60W jedná se o starý typ laseru, jenhož výkon je s novými přístroji nesrovnatelný. Staré modely také poznáte právě díky jiných čísel než jsou násobky 5ti. Nové lasery vždy využívají diody o výkonu 5,5-6W, a jejich zvýšení výkonu je tvořeno složením těchto diod pomoci zrcadel do jednoho paprsku. Tzn. 5W gravírka = 1 Dioda 5.5-6W, 10W gravírka = 2 Diody 5.5-6W a 20W gravírka = 4 Diody 5.5-6W. Pokud tedy vidíte výkon například 30 nebo 45W jedná se o pravděpodobně starý typ laseru a výrobce/prodejce tak nejspíš uvádí elektrický výkon přístroje namísto světelného výkonu laserového paprsku.

*V současnosti tedy existují pouze 5, 10, 20W laserové gravírky a dokonce 40W v případě značky xTOOL (s cenovkou desítek tisíc pouze za samotný laserový modul). Cokoli jiného je na 99% starý typ laseru nebo záměrně uvedený elektrický výkon namísto světelného v rámci zmatení zákazníka.

Pro lepši orientaci, jaký výkon pořídit pro Vaši práci je potřeba si objasnit jak se s lasery pracuje a jaký vliv na výsledek má nastavení parametrů. U laserů se většinou uvádí maximální rychlost gravírování a řezání. Pokud není uvedeno jinak většina kvalitních diodových laserový gravírek nabízí rychlost 6000mm/min, některé modely nabízejí rychlost dokonce až 24000mm/min. Někdy se uvádí mm/s, ale tento údaj se však používají spíše u CO2 laserů. Proto pokud budete hledat na internetu vhodné hodnoty pro počáteční nastavení je důležité si tyto dvě veličiny nepoplést, jelikož by výsledek neodpovídal očekáváním.

Využiji opravdu rychlost 20000 a vyšší?

Tyto vysoké rychlosti můžete využít víceméně pouze při gravírování nebo řezání opravdu tenkých materiálů. Tato rychlost určuje jak rychle se pohybuje laserová hlava po vytyčené trase. Vždy tuto hodnotu nastavujete vůči výkonu laseru a požadovanému efektu jako je například hloubka gravírování či řezu. Než zde složitě rozepisovat všechny podmínky a možnosti uvedeme si zde pár příkladů.

Přiklad

Vezmeme si například, že bychom chtěli řezat kůži o tloušťce 1,5mm. A nášim cílem je abychom kůži prořízli skrz a to na jeden průchod. (1 průchod znamená, že laser objede vytyčenou dráhu obrazce/tvaru 1x). Zároveň všechny lasery nastavíme na 100% jejich výkonu.

*Uvedené hodnoty jsou orientační a liší se typem materiálů(kůže), jeho zpracováním, vlhkosti, správném zaostření ohniska laseru, čistoty čočky atd.

**Efektivitu řezu také ovlivňuje funkce Air Assist, kterou nabízejí některé značky součásti přístroje nebo jako doplňkový sortiment a jedná se o tlakový odfuk spalin z místa řezu.

***Velký vliv má také samozřejmě samotný výrobce a jejich model, jelikož ač budou mít všichni výrobci použitou stejnou 5W diodu, zpracování čoček, zaostření, délka ohniska prostě celá konstrukce je již něco co si výrobci pečlivě hlídají a snaží se vzájemně předhánět aby v dané výkonové kategorii nabídli co nejlepší možný výsledek

Jak můžete vidět v předešlé tabulce, ač se jedná o poměrně tenkou kůži výsledky jsou velmi rozdílné. A v tomto bodě je důležité se zamyslet jak často a kolik věcí chcete gravírovat nebo řezat. Pokud si chcete jednou za čas něco vytvořit asi Vám nevadí si počkat a můžete tak ušetřit hodně peněz. Pokud naopak chcete svou tvorbu prodávat je již na zvážení, zda se Vám vyplatí u laseru sedět 5x déle než v případě nejsilnější varianty, jelikož čas jsou peníze a v dnešní době obzvlášť. Laser v provozu nemůžete nechat bez dozoru, nemusíte u něho sedět a sledovat každý milimetr, ale musíte být v jedné místnosti a koutkem oka sledovat, zda nedochází k hoření materiálu apod. Ač některé modely jako napřiklad xTool D1 Pro mají nadstandartní ochranu, která přistroj vypne dojdeli k jeho pohybu či hoření, stále ale neumí připadný požar uhasit :) Také počítejte s tím, že v případě například řezání či gravírování kůže se uvolňuje poměrně hodně kouře a zápachu a vy tak můžete tuto dobu inhalace razantně snížit pořízení výkonnějšího stroje.

Většina gravírek se dokáže bez úpravy pohybovat rychlostí 6000-16000mm/min, některé však zvládají i rychlost 20000mm/min jako například Ortur LM3 či dokonce u xTool D1 Pro 24000mm/min neboli 400mm/s. *(u diodových gravírek se používa většinou mm/min, u CO2 laserů mm/s)

Využijte tedy vyšší rychlost než napřiklad minimální rychlost jenž zvládá většina dnešních gravírek na trhu tedy 6000mm/min? V zásadě tuto rychlost využijete pouze při gravírovaní. Během řezání např. překližky či kartonu se budete pohybovat obvykle v rychlostech mezi 300-900mm/min, aby měl laser dostatek času materiál proříznout případně alespoň odebrat jeho část. Při řezání plastů, řežete vyšší rychlosti aby měl materiál dostatek času vychladnout a řez se zpátky neuzavíral.

Rychlost nad 6000mm/min při gravírování překližky dokážete využit až od 10W aby byl výsledek použitelný, 5W gravírka by nestihla materiál dostatečně propálit. Naopak 20W gravírka při rychlosti 6000mm/min bude překližku pálit až moc a budete muset ubírat na světelném výkonu. Vyšší rychlost tedy dokážete využít pouze s adekvátním výkonem, případně snadno gravírovatelným materiálem. Většina gravírek není "blokovaná" na vyšší rychlost, rychlosti jsou spíše doporučené. Čím vyšší rychlost tím menší přesnost, proto pokud chcete překročit doporučenou rychlost je potřeba si najít optimalní bod kdy jste s výsledkem spokojeni. Také platí, že čim menši výkon tím zvládá větši rychlost, to je způsobeno tím, že napřiklad 20W laserová hlavá váží téměř 4x tolik a má při pohybu větší moment setrvačnosti jenž negativně působí při zrychlení a zpomalení z leva do prava.

Více průchodů a výkon  - řezání

Řezání na více průchodů samozřejmě snižuje kvalitu výsledného řezu a zejména opálení jeho okolí, ale při dodržení správných podmínek to zas takový problém být nemusí. Zde bude vašim nepřítelem spíše čas či maximální tloušťka materiálu, kterou je slabý laser schopen zdolat. (o tloušťce a hloubce ohniska se budeme bavit níže). Jak tedy bylo řečeno není potřeba se bát proříznutí na více průchodů a ve většině případů se tomu se slabšími stroji ani nevyhnete. Je důležité si říct, že každý materiál má minimální rychlost při daném výkonu laseru, pod kterou není vhodné jít (nutno vždy vyzkoušet).

Zjednodušeně pokud bychom laser zastavili na místě a čekali až se 5W laser propálí skrze 10 mm tlustou překližkou, zcela jistě by v tomto místě začal materiál hořet nebo minimálně opálil okolí laserového paprsku dříve, než by prošel skrz a takový výsledek rozhodně nechcete. V případě plastu byste díru nejspíš ani nepropálili, jelikož by se natavovalo okolí řezu a ten by se stále dokola zavíral roztaveným materiálem z okolí. Každý materiál má tedy jinou minimální rychlost, s jakou by měl laser měnit svou pozici, aby docházelo k dostatečnému ochlazení a nevznikaly tak podmínky pro vzplanutí či natavení. Minimální rychlost se také odvíjí a množství předané energie paprskem laseru, tzn. Výkonnější laser se musí pohybovat rychleji než laser slabší, zejména pokud nedojde k proříznutí na jeden průchod. Uvedeme si na přikladu překližky o tloušťce 6mm. * opět tyto hodnoty berte jako orientační

U překližky 6mm pro použitelný (subjektivní) neopálený řez je minimální rychlost okolo 300mm/min při použití 5W laseru. Při této rychlosti je řez poměrně čistý a dobrý 5W laser by to měl zvládnou na 4 průchody. *Překližky jsou zapeklité záleží na typu dýhy a použitém lepidle při jejich výrobě, zde je potřeba srovnávat přístroje vždy na stejném kusu materiálů.

Laser o výkonu 10W při rychlosti 300mm/min potřebuje pouze 2 průchody (Při větší tloušťce například 10mm je však již potřeba zvýšit rychlost na 600mm/min aby byl výsledek kvality řezu „zachován“ a při této rychlosti a tlouštce již bude potřeba cca 8mi průchodů)

U laseru o výkonu 20W při rychlosti 300mm/min stačí pouze 1 průchod. (v tomto případě by 10mm překližky při rychlosti 600mm/min zabralo pouze 4 průchody)

Zjednodušeně se dá řici, že pokud víme, že budeme řezat na hodně průchodů (více než 10) materiál o velké tloušťce, který bude v místě řezu chladnout pomalu (zejména ve větší hloubce), je lepší řezat vyšší rychlostí, aby nedocházelo k pálení dřeva, natavovaní plastů či jiné deformaci způsobené zbytkovým teplem v místě řezu. Pokud laser materiál okamžitě „odpálí/odpařií“ teplo se uvolní skrze změnu materiálu v kouř, materiál ubude a sním odejde i teplo. Pokud však již ve větší hloubce výkon laseru materiál dostatečně efektivně neodpařuje a laserem vyzářené teplo se v řezu spíše kumuluje, dochází tak k tepelné deformaci a znehodnocení výsledku jako by jste materiál položili na plotnu.

Gravírovaní

Pro gravírování platí stejné podmínky jako pro řezání popsáné výše. Na rozdíl od řezaní se však nesnažíte najít ideální poměr rychlosti vůči maximálnímu výkonu pro co nejhezčí výsledek řezu. Při gravírování, pokud Vám to výkon vybraného laseru na daném materiálu dovolí, využijete probíranou maximální rychlost. V případě výkonných laserů jako je 20W nebude s největší pravděpodobností rychlost 6000mm/min na materiálu jako třeba smrková deska dostatečně rychlá a gravírovaný obrázek bude pravděpodobně vypálený víc než by jste chtěli, v takovém případě budete ubírat výkon laseru. Pokud tedy budete mít velmi silný laser, budete nastavovat rychlost na maximum a případně snižovat jeho výkon. V případě slabého laseru budete výkon nastavovat na maximum a snižovat rychlost. U gravírování ve většině případů budete hledat optimální výsledek než maximální efektivitu. Gravírování se nastavuje vždy na jeden průchod, aby byl výsledek přesný a ostrý. Ne, že by to samozřejmě u jednodušší grafiky nešlo projet vícekrát v případě tvrdší a hůře gravirovatelných materiálů.

Gravírovat tedy zvládnete většinu materiálů i 5W lasery. Větší výkon a rychlost Vám dovolí dosáhnout požadovaného výsledku rychleji, a to se počítá. Paprsek je velmi tenký a vygravírovat velkou plochu zabere docela hodně času. V programu si můžete nastavit kolik řádků(tras) laseru chcete na 1mm výšky obrazku (čím víc řadku tim kvalitnějši a ostřejší výsledek).

Vyjděme z předpokladu, že v případě nových laserů a jejich velikosti paprsku je potřeba cca 8 řadku na 1mm obrazku pro výsledný obrazek ve „vysokém“ rozlišení. Pokud vezmeme obrazek (třeba fotografii) o rozměrech š:100 a v:70mm, má laser před sebou 560 řadku (8 řadku *70mm) o delce 100mm. To je dráha 56000mm, kterou laser při rychlosti 6000mm/min dokončí za 9,33 minuty. Tuto dlouhou dobu můžeme snížit snížení počtu řadku na 1mm obrazku například pouze na 4 řadky na 1 mm a rázem dostaneme náš obrazek za polovinu času, ale výsledný efekt samozřejmě nebude tak detailní. Zde pak záleží na typu gravírovaného obrázku, zda se jedná o fotografii nebo grafiku, u které nižší počet řádku vadit nebude. Zde tedy platí, že vyšší výkon laserové gravírky zajisti, že můžeme gravírovat maximální rychlostí na daném materiálu a pak již záleží jakou maximální rychlost pohybu daný model nabízí.

Gravírování kovů

Gravírování kovů je samostatná disciplína a zde je potřeba se opět rozhodnout, zda tuto funkci opravdu využijeme nebo by jen byla příjemný přínosem, do kterého však nepotřebujeme zbytečně investovat.

Obecně platí, že 5W lasery dokážou gravírovat pouze lakované kovy či „eloxovaný hliník“. 5W laser na čistém kovu nic nezmůže. Vyjímkou je Sculpfun S9 5.5W, který výrobce srovnávám s 90W CO2 (toto je zavádějící srovnání, o srovnání diodových, CO2 a fiber laserů se budeme věnovat později), nicméně Sculpfun S9 je první 5W laserovou gravírkou, která použitelně dokáže gravírovat nerez za použití černícího spreje, který sníží odraz paprsku a pomůže tak "zapečení" materiálu. Sprej se následně odstraní pomoci technického benzinu a výsledek bude trvalý. Nejedná se o fyzické odebrání materiálu jako v případě gravírovaní dřeva, ale pouze trvalé změně pigmentu materiálu, jenž v ošetřeném místě bude tmavší.

10W lasery již dokážou dosáhnout tohoto efektu bez použiti tohoto spreje. A dosáhnou také většího kontrastu. Při použití speciálního spreje před zahájením gravírování je možné tento kontrast ještě zvýšit.

20W gravírky jako je například Sculpfun S30 PRO MAX jako jeden z prvních dokáže materiál fyzicky odstranit a při přejetí nehtem budete cítit, že byl materiál skutečně odebrán. Tento model také jako jeden z první dokáže skutečně přeříznout nerezový plech o tloušťce 0,1mm. Jedná se sice o pravdu tenký plech, ale stále je to milník, jenž diodové gravírky dosud nedokázaly pokořit.

Fixed Focus vs Variabilní zaostření

Většina nových laserových gravírek se vyrábí s Fixed Focus ohniskem. Někteří výrobci však stále nabízí modely s ohniskem, jenž je možné ostřit. Lasery s fixed focus mají v balení, předmět o specifické výšce (doporučujeme neztratit:), jenž před začátkem laserování vložíte mezi materiál a laserovou hlavu. Na základě situace laserovou hlavu snížíte či přizvednete a máte optimálně zaostřeno.

U verzí s pohyblivým ohniskem nemusíte laserovou hlavu přizvedávat, ale pouze otáčením ostřícího modulu posouvate ohnisko. Optimální zaostření zde probíhá pouze na základě vizualního ověření, kdy točite dokud bod na laserovaném materiálu není co nejmenší. Ač se tedy může jevit, že ostření skrze změnu ohniska je rychlejší tak opak je pravdou. U Fixed Focused tedy u pevného ohniska povolíte pár šroubu nechate hlavu spadnout na měřici předmět a utáhnete a je zaostřeno. Pevné ohnisko také díky absenci pohyblivých dílů je většinou lepe odlazené a nabízí delší hloubku zaostření po kterou laser udržuje svůj maximální výkon tzn. Bez upravý ohniska zvládnete při stejné výkonu efektivně řezat do větší hloubky než se začne jeho výkon razantně snižovat.

JEDEN NÁŠ TRIK - Pohyblivé ohnisko nabízí jednu výhodu, a to při řezání tlustších materiálů kdy jakmile se dostanete do hloubky kde již laser ztrácí svůj potenciál, můžete jej zastavit a mírně potočit ostřicím kroužkem  aby jste zaostřili do vyřezané hloubky a rázem o 5mm hlouběji řežete opět plným výkonem. Tento trik je možné aplikovat také u verzí s pevným ohniskem, bohužel však v omezené míře, jedním problémem je, že při uvolnění a znova utažení šroubů může dojít k mírnému posunutí a laser pak nepojede přesně stejnou dráhu jako předtím a druhým problémem je, že laserové gravírky s Fixed focused nemájí moc místa mezi laserovaným materiálem a není tedy možné je snížit a posunout jejich ohnisko o tolik, jak je to možné pomocí variabilního ostření.

Vše má své výhody a nevýhody, obecně ale platí, že pro většinu uživatelů je pevné ohnisko neboli fixed focus jednodužši a rychlejší. K tomu přidáme lepši vlastnosti vycházející z jeho konstrukce a fakt, že většina výrobcu již přešla na tento typ konstrukce a máme pomyslného vítěze.

Délka ohniska aneb hloubka řezání

Délka ohniska neboli hloubka, po kterou je laser schopen po zostření efektivně řezat vychází z konstrukce čoček výrobce. Každý výrobce se snaží tuto hloubku maximalizovat a získat tak konkurenční výhodu a umožnit tak i svým méně výkonným modelům řezat materiály o tloušťce jenž je pro jiné zapovězená. Pokud máte „krátké“ ohnisko tak i výkonnému laseru rychle dojde dech, jelikož se jeho paprsek „rozplyne“ a s ním jeho výkon.

Výkonnější lasery dokážou řezat do větší hloubky nejen díky svému výkonu, který se, se vzdalování od optimálního zaostření vytrácí, ale oproti slabším verzím ho více „zbyde“, ale také díky jejich konstrukce složení z více diod, kdy si mohou výrobci hrát se zaostřením jednotlivých diod a jejich ohniska tak složit do jednoho delšího. To v kombinaci s celkovým výkonem přináší skvělé výsledky.