激光雕刻机的原理及使用.doc
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1、摘 要 激光具有极高的发光强度,同时又具有方向性、相干性、单色性,激光通过激光器产生后由反射镜传递并通过聚集镜照射到加工物品上,使加工物品(表面)受到强大的热能而温度急剧增加,使该点因高温而迅速的融化或者汽化,配合激光头的运行轨迹从而达到加工的目的。激光雕刻:主要是在物体的表面进行,分为位图雕刻和矢量雕刻两种: 位图雕刻: 我们先在PHOTOSHOP里将我们所需要雕刻的图形进行挂网处理并转化为单色BMP格式,而后在专用的激光雕刻切割软件中打开该图形文件。根据我们所加工的材料我们进行合适的参数设置就可以了,而后点击运行,激光雕刻机就会根据图形文件产生的点阵效果进行雕刻。 矢量雕刻:使用矢量软件如
2、Core IDRAW,Auto Cad,Illustrator等排版设计,并将图形导出为PLT,DXF,AI格式,打标机,然后再用专用的激光切割雕刻软件打开该图形文件,传送到激光雕刻机里进行加工。关键词:激光 雕刻 位图雕刻 矢量雕刻 ABSTRACTLaser with high luminous intensity, but also has direction, coherent,monochromatic. Laser by laser generated after reflected by the mirror and through the assembled mirror ir
3、radiated to transfer processing articles,Make goods processing ( surface ) is a strong heat and temperature increase sharply,The point because of high temperature and rapid melting or vaporizing, combined with laser head so as to achieve the purpose of processing the running track.Laser engraving: m
4、ainly in the surface of the object, bitmap and vector for carving sculpture two: Bitmap carving: we first in PHOTOSHOP we need to carve the graphics were hanging net processing and conversion to a monochrome BMP format,then in a special laser engraving cutting software open the graphic file.Accordin
5、g to the processing of the material we are appropriate parameters can be, and then click Run, laser engraving machine will be based on graphics files generated lattice effect carving. Vector carving: using vector software such as Core IDRAW, Auto Cad, Illustrator layout design, and graphics will be
6、exported as PLT, DXF, AI format, marking machine, then the special laser cutting engraving software to open the graphic file, transmits to the laser engraving machine for processing. Keywords :Laser Carving Bitmap carving Vector carving 目 录绪 论1第一章 激光雕刻机中激光产生的原理21.1普通光源的发光受激吸收和自发辐射21.2 受激辐射和光的放大21.3
7、粒子数反转3第二章 激光雕刻机的结构及雕刻原理42.1 激光雕刻机结构42.3 雕刻方法5第三章 激光雕刻机的使用及注意事项63.1激光雕刻机的使用说明63.2激光雕刻机的基本操作流程 63.3 激光雕刻机的雕刻操作过程63.4 激光雕刻机高效使用方法83.5 激光雕刻机使用注意事项103.6 购买雕刻机就注意以下几点10第四章 激光雕刻机应用范围及优点124.2 激光加工的优点124.3激光雕刻发展现状12第五章 激光雕刻机与其他机器的比较145.1激光雕刻机相对机械雕刻机的优点145.2激光雕刻机与等离子切割机的比较14结 论16参考文献17致 谢18附 录19III绪 论 激光自1960
8、年问世后, 很快在生产中得到应用。其后,随着对有关基本理论研究的不断深化。各类激光器件不断地发展, 使其应用领域也不断拓宽, 应用规模逐渐扩大, 所获得的社会效益和经济效益更加显著。作为高科技之一的激光技术, 是20世纪科学技术发展的重要标志和现代信息社会光电子技术重要支柱之一。激光技术不仅受到技术先进国家的高度重视, 而且也受到许多发展中国家的高度重视, 并给与大量的投入。20世纪80年代以来, 在很多国家都把激光技术列为国家级发展计划。例如,美国的“激光核聚变计划”1、英国“阿维尔计划”2等这些计划的实施使激光技术得到迅速发展, 并且已经形成了一个生机勃勃的新兴产业。与此同时, 激光技术的
9、发展大大促进了科技、医疗、技术等多方面的进步和提高。国外的柔性版印刷使用激光雕刻的陶瓷网纹辊已经多年, 其成功的关键是质量。激光雕刻机能在印刷滚筒上刻出全无接缝的连续图案。然而, 对非连续图案的印件来说, 激光雕刻的印版和滚筒的价格就显得高了一些。尽管印版和滚筒的使用寿命长和印刷质量高等优点能补偿较高的制版费用, 但成本高仍然可能延缓激光雕刻技术的发展。目前, 质量仍然是个重要因素, 但重点已转到生产率上。由于印刷厂要求高线数的网纹辊,而且雕刻质量要好, 雕刻网纹辊就要花很长时间。既要提高质量,又要降低成本, 这就要求改进激光雕刻技术, 提高激光雕刻的速度。从而在这方面已取得了可喜的成就。原则
10、上说, 用激光在包有陶瓷的辊子上雕刻网格图案是容易的。就是把陶瓷辊放在车床上并使之旋转, 把一束激光聚焦在辊子表面上, 并使激光束沿辊子长度方向移动, 同时使激光束不停地开和关。这样, 辊子上就会布满小孔,所形成的网格大小和图案取决于许多可变因素。对上胶辊之类的粗网格雕刻来说, 只要对上述工艺稍作改进就行了。然而, 对高质量的网纹辊雕刻来说, 那就完全是另一回事了。柔性版印刷厂需要的是给墨性能始终如一的网纹辊。 这意味着, 网格形状要均匀一致, 容积差要减至最小。网格图案也一定要规则, 以保证传墨均匀, 特别是在印实版时。 在激光技术中激光雕刻技术是较常见的。激光雕刻有三种方式:CO2激光雕刻
11、, Nd: YAG 激光雕刻及准分子激光雕刻。这三种激光雕刻技术都在某些方面体现了它们各自的特性和优点, 所以有不同的应用领域。第一章 激光雕刻机中激光产生的原理 1.1普通光源的发光受激吸收和自发辐射 普通常见光源的发光(如电灯、火焰、太阳等地发光)是由于物质在受到外来能量(如光能、电能、热能等)作用时,处于低能级E1的原子受到一个外来光子(能量=hv=E2-E1)的激励作用,完全吸收该光子的能量而跃迁到高能级E2的过程,叫作受激吸收3。在通常情况下,处在高能级E2的原子是不稳定的。在没有外界影响时,它们会自发地从高能级E2向低能级E1跃迁,同时放出能量为hv的光子,有hv=E2-E1 ;这
12、种与外界影响无关的,自发进行的辐射称为自发辐射3。原子的自发辐射过程完全是一种随机过程,各发光原子的发光过程各自独立,互不关联,即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方,另外未位相、偏振状态也各不相同。由于激发能级有一个宽度,所以发射光的频率也不是单一的,而有一个范围。 在通常热平衡条件下,处于高能级E2上的原子数密度N2,远比处于低能级的原子数密度低,这是因为处于能级E的原子数密度N的大小时随能级E的增加而指数减小,即Nexp(-E/kT),这是著名的波耳兹曼分布规律。于是在上、下两个能级上的原子数密度比为N2/N1exp-(E2-E1)/kT 式中k为波耳兹曼常量,T为绝对温度。因为
13、E2E1,所以N2N1。例如,已知氢原子基态能量为E113.6eV,第一激发态能量为E2=-3.4eV,在20时,kT0.025eV,则N2/N1exp(400)0 可见,在20时,全部氢原子几乎都处于基态,要使原子发光,必须外界提供能量使原子到达激发态,所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。一般说来,这种光源所辐射光的能量是不强的,加上向四面八方发射,更使能量分散了。 1.2 受激辐射和光的放大 原子系统的两个能级E2和E1满足辐射跃迁选择定则,当受到外来能量hv=E2-E1的光照射时,处在E2能级的原子有可能受到外来的激励作用而跃迁到较低的能级E1上去,同时发射一个与外来光
14、子完全相同的光子,这种原子的发光过程叫作受激辐射3。 受激辐射的特点是:只有外来光子的能量hv=E2-E1时,才能引起受激辐射。受激辐射所发出的光子与外来的特性完全相同,即频率相同、相位相同、偏振方向相同、传播方向相同。受激辐射的结果使外来的光强得到放大,即光经过受激辐射后,特征完全相同的光子数增加了。受激辐射是在外界辐射场的控制下的发光过程,因而各原子的受激辐射的相位不再是无规则分布,而应具有和外界辐射场相同的相位。在量子电动力学的基础上可以证明:受激辐射光子与入射(激励)光子属于同一光子态;或者说,受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、相位、波矢(传播方向)和偏振,因而是相干的。光的受激辐
15、射过程是产生激光的基本过程。 而在量子理论中,一个能级对应电子的一个能量状态。电子能量由主量子数n(n=1,2,)决定。但是实际描写原子中电子运动状态,除能量外,还有轨道角动量L和自旋角动量s,它们都是量子化的,由相应的量子数来描述。对轨道角动量,波尔曾给出了量子化公式Lnnh,但这不严格,因这个式子还是在把电子运动看作轨道运动基础上得到的。严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理论来推导。 量子理论告诉我们,电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在l(角动量量子数)量子数相差1的两个状态之间,这就是一种选择规则。如果选择规则不满足,则跃迁的几率很小,甚至接近零。在原子中可能存在这样一些
16、能级,一旦电子被激发到这种能级上时,由于不满足跃迁的选择规则,可使它在这种能级上的寿命很长,不易发生自发跃迁到低能级上。这种能级称为亚稳态能级。但是,在外加光的诱发和刺激下可以使其迅速跃迁到低能级,并放出光子。这种过程是被“激”出来的,故称受激辐射4。 受激辐射的概念世爱因斯坦于1917年在推导普朗克的黑体辐射公式时,第一个提出来的。他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性,这是激光的基础。受激辐射的过程大致如下:原子开始处于高能级E2,当一个外来光子所带的能量hv正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。这种受激辐射的光子有显著的特点,就是
17、原子可发出与诱发光子全同的光子,不仅频率(能量)相同,而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。于是,入射一个光子,就会出射两个完全相同的光子。这意味着原来光信号被放大这种在受激过程中产生并被放大的光,就是激光。 1.3 粒子数反转 粒子数反转是激光产生的前提。两能级间受激辐射几率与两能级粒子数差有关。在通常情况下,处于低能级E1的原子数大于处于高能级E2的原子数,这种情况得不到激光。为了得到激光,就必须使高能级E2上的原子数目大于低能级E1上的原子数目,因为E2上的原子多,发生受激辐射,使光增强(也叫做光放大)。为了达到这个目的,必须设法把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2,处于高能级
18、E2的原子数就可以大大超过处于低能级E1的原子数。这样就在能级E2和E1之间实现了粒子数的反转。 第二章 激光雕刻机的结构及雕刻原理 2.1 激光雕刻机结构激光雕刻机包括激光器和其输出光路上的气体喷头,其中气体喷头的一端是窗口,另一端是与激光器光路同轴的喷口;激光雕刻机气体喷头的侧面连接着气管,气管与空气或氧气源相连接,空气或氧气源的压力为0103Mpa;激光雕刻机的氧气源中的氧气占其总体积的60;此外,在激光雕刻机激光器和气体喷头中间的光路上安装有反射镜,从而提高雕刻的效率,使被雕刻处的表面光滑、圆润,迅速地降低被雕刻的非金属材料的温度,减少被雕刻物的形变和内应力5。2.2 激光雕刻原理 使
19、用激光雕刻和切割,过程非常简单,如同使用电脑和打印机在纸张上打印。您可以在win98/win2000/winxp环境下利用多种图形处理软件,如coreldraw等进行设计,扫描的图形,矢量化的图文及多种cad文件都可轻松地“打印”到雕刻机中。唯一的不同之处是,打印将墨粉涂到纸张上,而激光雕刻是将激光射到木制品、亚克粒、塑料板、金属板、石材等几乎所有的材料之上。 点阵雕刻 点阵雕刻酷似高清晰度的点阵打印。激光头左右摆动,每次雕刻出一条由一系列点组成的一条线,然后激光头同时上下移动雕刻出多条线,最后构成整版的图象或文字。扫描的图形,文字及矢量化图文都可使用点阵雕刻6。 矢量切割 与点阵雕刻不同,矢
20、量切割是在图文的外轮廓线上进行。我们通常使用此模式在木材、亚克粒、纸张等材料上进行穿透切割,也可在多种材料表面进行打标操作。 雕刻速度 雕刻速度指的是激光头移动的速度,通常用ips(英寸/秒)表示,高速度带来高的生产效率。速度也用于控制切割的深度,对于特定的激光强度,速度越慢,切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻机面板调节速度,也可利用计算机的打印驱动程序来调节。在1%到100%的范围内,调整幅度是1%。悍马机先进的运动控制系统可以使您在高速雕刻时,仍然得到超精细的雕刻质量。 雕刻强度 雕刻强度指射到于材料表面激光的强度。对于特定的雕刻速度,强度越大,切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻机面板
21、调节强度,也可利用计算机的打印驱动程序来调节。在1%到100%的范围内,调整幅度是1%。强度越大,相当于速度也越大,切割的深度也越深。 光斑大小 激光束光斑大小可利用不同焦距的透镜进行调节。小光斑的透镜用于高分辨率的雕刻。大光斑的透镜用于较低分辨率的雕刻,但对于矢量切割,它是最佳的选择。新设备的标准配置是 2.0英寸的透镜。其光斑大小处于中间,适用于各种场合。 可雕刻材料 木制品、有机玻璃、金属板、玻璃、石材、水晶、可丽耐、纸张、双色板、氧化铝、皮革、树脂、喷塑金属。 加工技术参数雕刻面积:30*40,40*60,60*90,60*130,90*140 125*1850 CM等可选; 雕刻速度
22、:072米/分钟;可以无级调速; 最小成型文字:汉字22mm 字母11mm 分辨率:0.025mm 定位精度:0.01mm 支持图形格式:BMP、HPGL(PLT)、JPEG、 GIF、TIFF、PCS、TGA、DST、DXP 2.3 雕刻方法 激光雕刻:主要是在物体的表面进行,分为位图雕刻和矢量雕刻两种: 位图雕刻: 我们先在PHOTOSHOP里将我们所需要雕刻的图形进行挂网处理并转化为单色BMP格式,而后在专用的激光雕刻切割软件中打开该图形文件。根据我们所加工的材料我们进行合适的参数设置就可以了,而后点击运行,激光雕刻机就会根据图形文件产生的点阵效果进行雕刻。 矢量雕刻:使用矢量软件如Co
23、re IDRAW,Auto Cad,Illustrator等排版设计,并将图形导出为PLT,DXF,AI格式,打标机,然后再用专用的激光切割雕刻软件打开该图形文件,传送到激光雕刻机里进行加工7。 第三章 激光雕刻机的使用及注意事项 3.1激光雕刻机的使用说明 操作面板说明电源开关:用来启动或关闭激光雕刻机。电流指示:用来指示雕刻机的电流大小。 电流调节:用此电位器根据电流指示来调节雕刻时电流大小。照明开关:用来启动或关闭激光雕刻机内部的照明灯(若干机器无此开关)。 激光开关:用来控制激光器是否发光,在雕刻印章时此开关为接通状态(即按下)测试开关:此开关按下时激光器则发光,此时根据电流表显示数据
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