Play media
Una macchina per incisione laser è costituito da tre parti principali: un laser, un controller e una superficie. Il laser è uno strumento di disegno: il raggio emesso da esso consente al controller di tracciare motivi sulla superficie. Il controller determina la direzione, l’intensità, la velocità di movimento e la diffusione del raggio laser rivolto alla superficie. La superficie è scelta per abbinare il tipo di materiale il laser può agire sopra.
Ci sono tre generi principali di macchine per incidere. Il più comune è il tavolo XY in cui, di solito, il pezzo (superficie) è fermo e l’ottica laser si muove in due dimensioni, dirigendo il raggio laser per disegnare vettori. A volte il laser è fermo e il pezzo si muove. A volte il pezzo si muove in un asse e il laser nell’altro. Un secondo genere è per pezzi cilindrici (o pezzi piatti montati attorno a un cilindro) in cui il laser attraversa efficacemente un’elica fine mentre l’impulso laser on–off produce l’immagine raster desiderata. Nel terzo genere, sia il laser che il pezzo sono fissi e gli specchi galvo spostano il raggio laser sulla superficie del pezzo. Gli incisori laser che utilizzano questa tecnologia possono lavorare in modalità raster o vettoriale.
Il punto in cui il raggio laser tocca la superficie dovrebbe essere sul piano focale del sistema ottico del laser ed è solitamente sinonimo del suo punto focale. Questo punto è tipicamente piccolo, forse meno di una frazione di millimetro (a seconda della lunghezza d’onda ottica). Solo l’area all’interno di questo punto focale è significativamente influenzata quando il raggio laser passa sulla superficie. L’energia erogata dal laser cambia la superficie del materiale nel punto focale. Può riscaldare la superficie e successivamente vaporizzare il materiale, o forse il materiale può fratturare (noto come “glassing” o “glassing up”) e sfaldarsi dalla superficie. Taglio attraverso la vernice di una parte metallica è generalmente come materiale è inciso al laser.
Se il materiale superficiale viene vaporizzato durante l’incisione laser, la ventilazione attraverso l’uso di soffianti o di una pompa a vuoto è quasi sempre necessaria per rimuovere i fumi nocivi e il fumo derivanti da questo processo e per la rimozione dei detriti sulla superficie per consentire al laser di continuare l’incisione.
Un laser può rimuovere il materiale in modo molto efficiente perché il raggio laser può essere progettato per fornire energia alla superficie in un modo che converte un’alta percentuale di energia luminosa in calore. Il fascio è altamente focalizzato e collimato: nella maggior parte dei materiali non riflettenti come legno, plastica e superfici smaltate, la conversione dell’energia luminosa in calore è più efficiente di {x%}. Tuttavia, a causa di questa efficienza, l’apparecchiatura utilizzata nell’incisione laser può riscaldarsi piuttosto rapidamente. Per il laser sono necessari elaborati sistemi di raffreddamento. In alternativa, il raggio laser può essere pulsato per diminuire la quantità di riscaldamento eccessivo.
Diversi modelli possono essere incisi programmando il controller per attraversare un particolare percorso per il raggio laser nel tempo. La traccia del raggio laser è attentamente regolata per ottenere una profondità di rimozione costante del materiale. Ad esempio, si evitano percorsi incrociati per garantire che ogni superficie incisa sia esposta al laser solo una volta, quindi viene rimossa la stessa quantità di materiale. La velocità con cui il raggio si muove attraverso il materiale è anche considerata nella creazione di modelli di incisione. La modifica dell’intensità e della diffusione del raggio consente una maggiore flessibilità nel design. Ad esempio, cambiando la proporzione di tempo (nota come “duty-cycle”) il laser viene acceso durante ogni impulso, la potenza erogata alla superficie di incisione può essere controllata in modo appropriato per il materiale.
Poiché la posizione del laser è nota esattamente dal controller, non è necessario aggiungere barriere alla superficie per impedire al laser di deviare dal modello di incisione prescritto. Di conseguenza, non è necessaria alcuna maschera resistiva nell’incisione laser. Questo è principalmente il motivo per cui questa tecnica è diversa dai vecchi metodi di incisione.
Un buon esempio di dove la tecnologia di incisione laser è stata adottata nella norma del settore è la linea di produzione. In questa particolare configurazione, il raggio laser è diretto verso uno specchio rotante o vibrante. Lo specchio si muove in un modo che può tracciare numeri e lettere sulla superficie da contrassegnare. Ciò è particolarmente utile per la stampa di date, codici di scadenza e numerazione dei lotti di prodotti che viaggiano lungo una linea di produzione. La marcatura laser consente di contrassegnare i materiali in plastica e vetro “in movimento”. Il luogo in cui avviene la marcatura è chiamato “stazione laser di marcatura”, un’entità che si trova spesso negli impianti di imballaggio e imbottigliamento. Le tecnologie più vecchie e più lente come la stampa a caldo e la tampografia sono state in gran parte eliminate e sostituite con l’incisione laser.
Per incisioni più precise e visivamente decorative, viene utilizzata una tabella laser (nota anche come tabella “XY” o “XY”). Il laser è fissato solitamente permanentemente al lato della tavola ed emette luce verso una coppia di specchi mobili in modo che ogni punto della superficie della tavola possa essere spazzato dal laser. Nel punto di incisione, il raggio laser viene focalizzato attraverso una lente sulla superficie di incisione, consentendo di tracciare modelli molto precisi e intricati.
Una configurazione tipica di un tavolo laser prevede il laser fisso che emette luce parallela ad un asse del tavolo rivolto a uno specchio montato all’estremità di una guida regolabile. Il raggio riflette lo specchio angolato a 45 gradi in modo che il laser percorra un percorso esattamente lungo la lunghezza della guida. Questo raggio viene quindi riflesso da un altro specchio montato su un carrello mobile che dirige il raggio perpendicolare all’asse originale. In questo schema, possono essere rappresentati due gradi di libertà (uno verticale e uno orizzontale) per l’incisione.
In altri dispositivi dell’incisione laser quale la tavola piana o l’incisione del tamburo, il raggio laser è controllato per dirigere la maggior parte della sua energia una profondità fissa di penetrazione nel materiale da incidere. In questo modo, solo una particolare profondità di materiale viene rimosso quando l’incisione avviene. Un semplice bastone lavorato o angolo di ferro può essere utilizzato come strumento per aiutare tecnologi addestrati regolare l’incisore per ottenere la messa a fuoco richiesta. Questa configurazione è preferibile per superfici che non variano sensibilmente in altezza.
Per superfici che variano in altezza, sono stati sviluppati meccanismi di messa a fuoco più elaborati. Alcuni sono noti come sistemi di messa a fuoco automatica dinamica. Regolano i parametri di lasing in tempo reale per adattarsi alle modifiche al materiale mentre viene inciso. In genere, l’altezza e la profondità della superficie vengono monitorate con dispositivi che monitorano le modifiche agli ultrasuoni, agli infrarossi o alla luce visibile rivolte alla superficie dell’incisione. Questi dispositivi, noti come raggi pilota o laser pilota (se viene utilizzato un laser) aiutano a guidare le regolazioni apportate alla lente del laser nel determinare il punto ottimale per concentrarsi sulla superficie e rimuovere efficacemente il materiale.
Le macchine per incisione laser”XY” possono funzionare in modalità vettoriale e raster.
L’incisione vettoriale segue la linea e la curva del motivo da incidere, proprio come un plotter basato su penna disegna costruendo segmenti di linea da una descrizione dei contorni di un motivo. Molto presto l’incisione di segni e targhe (laser o altro) utilizzava contorni di caratteri pre-memorizzati in modo che lettere, numeri o persino loghi potessero essere ridimensionati e riprodotti con tratti esattamente definiti. Sfortunatamente, le aree di “riempimento” erano problematiche, poiché i modelli di tratteggio incrociato e i riempimenti di punti a volte esibivano effetti moiré o super-pattern causati dal calcolo impreciso delle distanze dei punti. Inoltre, le rotazioni di un font o il ridimensionamento dinamico spesso andavano oltre le capacità del dispositivo di rendering dei font. L’introduzione del linguaggio di descrizione delle pagine PostScript consente ora una flessibilità molto maggiore: ora praticamente tutto ciò che può essere descritto in vettori da software abilitati per PostScript come CorelDRAW o Adobe Illustrator può essere delineato, riempito con motivi adatti e inciso al laser.
L’incisione raster traccia il laser su tutta la superficie in un pattern lineare avanti e indietro che ricorda la testina di stampa su una stampante a getto d’inchiostro o simile. Il modello è solitamente ottimizzato dal controller / computer in modo che le aree su entrambi i lati del modello che non devono essere incise vengano ignorate e la traccia attraverso il materiale venga quindi abbreviata per una migliore efficienza. La quantità di anticipo di ogni linea è normalmente inferiore alla dimensione effettiva del punto del laser; le linee incise si sovrappongono solo leggermente per creare una continuità di incisione. Come è vero per tutti i dispositivi rasterizzati, curve e diagonali a volte possono soffrire se la lunghezza o la posizione delle linee raster varia anche leggermente in relazione alla scansione raster adiacente; pertanto il posizionamento esatto e la ripetibilità sono di fondamentale importanza per la progettazione della macchina. Il vantaggio della rasterizzazione è il “riempimento” quasi senza sforzo che produce. La maggior parte delle immagini da incidere sono lettere in grassetto o hanno grandi aree incise continuamente, e questi sono ben rasterizzati. Le foto sono rasterizzate (come nella stampa), con punti più grandi di quelli del punto del laser, e anche questi sono meglio incisi come immagine raster. Quasi tutti i software di layout di pagina possono essere utilizzati per alimentare un driver raster per un incisore laser XY o drum. Mentre l’incisione tradizionale di segni e placche tendeva a favorire i tratti solidi dei vettori per necessità, i negozi moderni tendono a eseguire i loro incisori laser per lo più in modalità raster, riservando il vettore per un “aspetto” tradizionale del contorno o per segnare rapidamente contorni o “boccaporti” dove un piatto deve essere tagliato.