راهنمای جامع حکاکی لیزری

آخرین به روزرسانی

مقدمه

حکاکی لیزری به انگلیسی Laser Engraving فرآیندی است که برای نشانه‌گذاری بر روی مواد با استفاده از پرتو لیزر به کار می‌رود. این فرآیند در صنایع خودروسازی، پزشکی، تولیدی و همچنین به طور گسترده برای کاربردهای هنری یا زیبایی‌شناسی استفاده می شود. در اکثر موارد، حک لیزری به دلیل توانایی در ایجاد نشانه‌گذاری‌های بادوام و با کنتراست بالا به کار می‌رود.

در این مقاله شرح خواهیم داد که حکاکی لیزری چیست، چگونه کار می کند، چه موادی برای حک لیزری مناسب یا نامناسب هستند و اگر به تازگی کار با حک لیزری را آغاز کرده اید، کدام‌یک از دستگاه‌های ارزان‌قیمت حک لیزری انتخاب مناسبی است.

حکاکی لیزری چیست؟

حکاکی لیزری به انگلیسی Laser Engraving فرآیندی بدون تماس است که با استفاده از پرتوی لیزر می‌توانید نشان‌های قابل مشاهده‌ای را به راحتی روی طیف گسترده‌ای از مواد ایجاد کنید. با توجه به اینکه پرتو لیزر به اندازه‌ای متمرکز می‌شود که نقطه کانونی آن چند میکرون بیشتر نیست، امکان بازتولید طرح‌های بسیار پیچیده وجود دارد. حک لیزری اغلب برای تولید طرح‌های هنری، تابلوها، برچسب‌های صنعتی و پوشاک شخصی‌سازی شده به کار می‌رود. همانطور که در شکل 1 زیر مشاهده می کنید، فرآیند حک لیزری کنتراست بالایی میان بخش‌های حکاکی شده و بخش‌های بدون حک در یک طرح ایجاد می‌کند:

تاریخچه حکاکی لیزری

حکاکی لیزری یکی از فناوری‌های مدرن در صنعت تولید است که با استفاده از لیزر برای حکاکی، برش، و علامت‌گذاری روی مواد مختلف به کار می‌رود. این فناوری از اوایل دهه ۱۹۶۰ به وجود آمد و در دهه‌های بعدی به طور گسترده توسعه یافت. در زیر تاریخچه‌ای مختصر از حکاکی لیزری و سیر تکاملی آن آورده شده است:

دهه ۱۹۶۰: آغاز فناوری لیزر

• 1960: اولین لیزر توسط تئودور مایمن (Theodore Maiman) ساخته شد. این لیزر یاقوتی اولین گام در توسعه فناوری‌های لیزری بود.
• دهه ۱۹۶۰: استفاده از لیزر در آزمایشگاه‌ها آغاز شد. در این دوره، لیزرها بیشتر برای تحقیقات علمی به کار می‌رفتند و هنوز کاربردهای صنعتی آن‌ها به طور کامل مشخص نشده بود.

دهه ۱۹۷۰: ورود به صنعت

• اوایل دهه ۱۹۷۰: با توسعه تکنولوژی لیزرهای گازی و جامد، این فناوری شروع به پیدا کردن کاربردهای صنعتی کرد. اولین دستگاه‌های حکاکی لیزری به بازار معرفی شدند.
• اواخر دهه ۱۹۷۰: لیزر CO2 که از گاز دی‌اکسید کربن به عنوان محیط فعال استفاده می‌کرد، به یکی از محبوب‌ترین ابزارهای لیزری برای حکاکی و برش تبدیل شد. این نوع لیزر به دلیل کارایی بالا و توانایی کار با مواد مختلف به سرعت مورد توجه قرار گرفت.

دهه ۱۹۸۰: گسترش کاربردها

• دهه ۱۹۸۰: حکاکی لیزری به طور گسترده در صنایع مختلف مانند الکترونیک، خودروسازی، جواهرات و بسته‌بندی مورد استفاده قرار گرفت. همچنین، با توسعه کامپیوترها و نرم‌افزارهای کنترل لیزر، دقت و کارایی دستگاه‌های حکاکی لیزری به طور چشمگیری افزایش یافت.
• اواسط دهه ۱۹۸۰: ظهور لیزرهای فیبری و Nd:YAG (نئودیمیوم یگ) که امکان حکاکی بر روی فلزات و مواد سخت‌تر را فراهم کردند.

دهه ۱۹۹۰: پیشرفت‌های نرم‌افزاری و اتوماسیون

• دهه ۱۹۹۰: توسعه نرم‌افزارهای CAD/CAM و کنترل عددی کامپیوتری (CNC) باعث افزایش دقت و انعطاف‌پذیری دستگاه‌های حکاکی لیزری شد. این فناوری‌ها امکان طراحی و اجرای الگوهای پیچیده‌تر را فراهم کردند.
• اواخر دهه ۱۹۹۰: اتوماسیون و استفاده از ربات‌ها در فرایند حکاکی لیزری رایج شد که منجر به افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های تولید شد.

دهه ۲۰۰۰ و بعد از آن: فناوری‌های نوین

• دهه ۲۰۰۰: لیزرهای UV (فرابنفش) و لیزرهای فمتوثانیه (femtosecond lasers) به بازار آمدند که دقت و سرعت حکاکی را به سطح جدیدی رساندند. این لیزرها توانایی حکاکی بر روی مواد بسیار حساس و نازک را داشتند.
• دهه ۲۰۱۰: ترکیب لیزر با فناوری‌های نوین مانند پرینت سه‌بعدی، منجر به توسعه کاربردهای جدیدی در زمینه‌های پزشکی، هوافضا و الکترونیک شد.
• دهه ۲۰۲۰: حکاکی لیزری با استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین پیشرفت کرد. این فناوری‌ها امکان کنترل دقیق‌تر و بهینه‌سازی فرایند حکاکی را فراهم کردند.

حکاکی لیزری از زمان پیدایش خود تا کنون به یک فناوری پرکاربرد و مهم در صنایع مختلف تبدیل شده است. این فناوری با ترکیب لیزر، نرم‌افزارهای پیشرفته، و اتوماسیون توانسته است به دقت و سرعت بالایی دست یابد و در نتیجه در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله تولید قطعات صنعتی، حکاکی جواهرات، و ساخت قطعات الکترونیکی به کار رود.

از چه نوع لیزری برای حکاکی لیزری استفاده می شود؟

رایج‌ترین نوع لیزر برای حک، لیزر CO2 (دی اکسید کربن) یا لیزر فیبری است. هر دوی این لیزرها می‌توانند چگالی انرژی به اندازه‌ای بالا داشته باشند که با تبخیر و حذف مواد در یک الگوی کنترل شده، طرح مورد نظر را روی سطح هدف ایجاد کنند. لیزرهای فیبری برای حک فلزات موثرترند، زیرا بیشتر فلزات به راحتی طول موج این لیزرها را جذب می‌کنند. لیزرهای CO2 برای حکاکی مواد غیرفلزی مانند پلاستیک، سنگ و چوب مناسب‌تر هستند، زیرا این مواد طول موج لیزر CO2 را بهتر جذب می‌کنند.

حکاکی لیزری چگونه کار می کند؟

حک لیزری از طریق تاباندن دقیق پرتو لیزر با حرارت بالا، یک الگوی برجسته بر روی سطح ماده ایجاد می کند. مسیر، قدرت و سرعت پرتوی لیزر توسط یک برنامه کامپیوتری کنترل می شود. لیزرها می‌توانند چگالی انرژی بسیار بالایی تولید کنند. این امکان حذف مواد از سطح در یک الگوی دقیق را فراهم می‌کند. بسته به تنظیمات و برنامه‌ریزی لیزر، الگوی نهایی می تواند برجسته (محدب)، فرورفته (مقعر) یا ناحیه‌ای تیره درست هم‌سطح با سطح ماده باشد.

فرآیندی که باعث می شود لیزر، ماده را حذف کند می‌تواند ذوب + تبخیر، تصعید مستقیم از جامد به گاز، یا به طور کلی فرسایش (ablation) باشد. فرسایش می‌تواند به هر فرآیند سایش سطح اطلاق شود که مواد را از روی یک بستر حذف می‌کند. در قلمرو حکاکی لیزری، فرسایش معمولا به حذف ماده در نتیجه تابش پالس‌های کوتاه انرژی لیزر گفته می شود. این انرژی به طور خلاصه اتم‌های روی سطح را به حالت پلاسما گرم می‌کند و امواج ضربه‌ای تولید می‌کند که ذرات ریز را طبق مسیر مورد نظر از سطح بیرون می‌اندازند. قدرت لیزر لازم برای حک‌کردن یک ماده خاص به چندین عامل بستگی دارد:

1. بازتابندگی (Reflectivity): مواد بازتابنده مانند فلزات به قدرت لیزر بالاتری نیاز دارند زیرا تمام انرژی لیزر صرف گرمایش نمی‌شود.
2. چگالی (Density): هر چه ماده متراکم‌تر باشد باید مولکول‌های بیشتری بالای یک آستانه دمایی گرم شوند تا ماده نشانه‌گذاری شود. این نیاز به گرمای بیشتر و در نتیجه توان لیزریِ بیشتر دارد.
3. دمای تغییر حالت (State Transition Temperatures): هرقدر دمای ذوب، تصعید و تولید پلاسما در یک ماده بالاتر باشد، توان لیزری بیشتری برای گرم‌کردن یک واحد ماده تا رسیدن به شرایط لازم برای حکاکی مورد نیاز است.

حکاکی لیزری معمولا در چه صنایعی به کار می رود؟

خدمات حکاکی لیزری در هر جایی که نیاز به نشانه‌گذاری با ویژگی‌های بادوام، کنتراست بالا و ماندگاری مکانیکی باشد مورد استفاده قرار می گیرد. صنایع خودروسازی، پزشکی، الکترونیک و هوافضا از جمله این موارد هستند. کاربردهای معمول می تواند شامل این موارد باشد: علائم با دوام، نشانه‌گذاری محصولات، حکاکی هنری برای اقلام یادبود و نشانه‌گذاری برد‌های مدار چاپی (PCB). همچنین از فرآیند حک برای حذف مواد از قطعات فلزی زنگ زده استفاده می‌شود.

انواع حکاکی لیزری چیست؟

حکاکی لیزری را می توان به طور کلی به سه دسته تقسیم کرد: فرسایش با لیزر (laser ablation)، حک مقعر (concave engraving) و حک محدب (convex engraving). این موارد در ادامه با جزئیات بیشتری شرح داده می‌شوند:

1.فرسایش با لیزر (Laser Ablation)

فرسایش با لیزر به مکانیزمی اطلاق می شود که طی آن، ماده در حکاکی لیزری حذف می شود. وقتی یک پرتو لیزر با سطح قدرت خاص، با ماده برهم‌کنش دارد، فوراً آن را گرم می‌کند. اضافه شدن حرارت آنقدر سریع است که سطح ماده از حالت جامد به مایع نمی‌رسد، بلکه مستقیماً تبخیر می‌شود. در شدت‌های بالاتر لیزر، ماده فرسوده شده به پلاسما تبدیل می شود. به دلیل تولید دود در طول فرآیند، استخراج دود کافی به میزان لازم ضروری است. فرسایش با لیزر را می توان برای هر دو تکنیک حکاکی مقعر و محدب به کار برد.

2.حک مقعر (Concave Engraving)

حک مقعر به تکنیک حکاکی لیزری اشاره دارد که از فرسایش با لیزر برای حذف مواد به شکل یک الگو یا طرح دلخواه استفاده می کند. این فرآیند طرحی را ایجاد می کند که نسبت به سطح ماده پیرامونی و دست نخورده، فرورفته است.

3.حک محدب (Convex Engraving)

حک محدب به تکنیک حکاکی لیزری اشاره دارد که از فرسایش با لیزر برای حذف مواد بهره می‌برد. برخلاف حک مقعر، در روش حک محدب طرح مستقیماً حک نمی شود. در عوض، تمام نواحی پیرامون طرح حکاکی می‌شوند. این کار موجب می‌شود طرح برجسته به نظر برسد و بالاتر از نواحی حک‌ شده قرار گیرد.

چه موادی را می توان حک لیزری کرد؟

حکاکی لیزری را می توان روی طیف گسترده ای از مواد انجام داد، به شرطی که لیزر آنقدر قوی باشد که بتواند ماده را تبخیر کند. در زیر برخی از مواد رایج مورد استفاده برای حک لیزری معرفی شده اند:

1. سنگ مرمر و سنگ گرانیت: سنگ مرمر و گرانیت اغلب برای مواردی مانند سنگ قبر یا جوایز حک می‌شوند. این سنگ‌ها کنتراست عالی میان طرح و پس‌زمینه حک‌شده‌ ایجاد می کنند.
2. سنگ و آجر: حک لیزری برای تولید محصولات هنری روی سنگ و آجر متداول است.
3. چوب: چوب به دلیل نقطه فرسایش پایین و قیمت مناسب به راحتی حک می‌شود. چوب انتخابی محبوب برای افراد تازه‌کار است و برای نشانه‌ها و طرح‌های هنری استفاده می شود.
4. شیشه: حک شیشه معمولاً در زمینه جوایز و جام‌های قهرمانی انجام می‌شود. از این روش همچنین می توان برای نشانه‌گذاری هنری لیوان‌های شیشه‌ای و دیگر ظروف شیشه‌ای بهره برد.
5. اکریلیک: اکریلیک یک پلاستیک شفاف است که به عنوان جایگزین سبکتر و ارزان‌تر برای شیشه استفاده می شود. همچنین برای جوایز و جام‌های قهرمانی به کار می‌رود.
6. فلز: حک لیزری قطعات فلزی معمولا به منظور شناسایی قطعات دائمی و بادوام انجام می‌شود.
7. مقوا و کاغذ: مقوا و کاغذ را می توان با حک لیزری با قدرت بسیار پایین حک کرد. این موارد برای ساخت اقلام هنری مانند کارت‌های یادبود یا تبریک استفاده می‌شوند.
8. پارچه: پارچه‌ها را برای دادن ظاهری هنری و کهنه به لباس حک می‌کنند. این فرآیند اغلب روی پارچه جین مورد استفاده در ساخت شلوار جین به کار می‌رود.
9. چرم: چرم معمولا برای اقلام شخصی‌سازی‌شده مانند کیف پول، کمربند و کفش حک می‌شود.

چه موادی را نباید با لیزر حک کرد؟

حک لیزری را می توان روی طیف گسترده ای از مواد مختلف انجام داد. با این حال، برخی از مواد باید به طور کامل از این فرآیند اجتناب کنند، همانطور که در زیر لیست شده اند:

1. پلی وینیل کلرید (PVC): PVC در هنگام تبخیر، گاز کلر تولید می کند که در صورت استنشاق بسیار خطرناک است. همچنین می تواند به خود دستگاه لیزر آسیب قابل توجهی وارد کند.
2. پلی وینیل بوتیرول (PVB): این ماده یک رزین اپتیکی شفاف است که اغلب برای لمینت کردن ورق‌های شیشه استفاده می شود. دودهایی که در حین حک PVB تولید می شوند می توانند سمی باشند.
3. پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE / Teflon™): اگر تفلون™ بالاتر از 300 درجه سانتیگراد گرم شود، می تواند اسید پرفلوئروکتانوئیک تولید کند. این ماده شیمیایی در صورت قرار گرفتن در معرض طولانی مدت، طیف وسیعی از اثرات منفی بر سلامتی دارد.
4. موادی که حاوی هالوژن، اپوکسی یا رزین‌های فنولیک هستند: فایبرگلاس و فیبر کربن لمینت شده اغلب حاوی این رزین‌ها هستند. این رزین‌ها در صورت گرم شدن دودهای مضری تولید می‌کنند و بنابراین باید از آنها اجتناب کرد.
5. فیبرهای کربن: فیبرهای کربن با انواع رزین‌های اپوکسی لمینت می‌شوند که در صورت تبخیر دودهای سمی تولید می‌کنند.
6. چرم مصنوعی که حاوی کروم (VI) است: کروم (VI) یا کروم شش ظرفیتی یک ماده سرطان‌زا شناخته شده است. دودهای ایجاد شده در حین حک لیزری این ماده بسیار خطرناک هستند.
7. اکسید بریلیوم: این ماده دارای هدایت حرارتی استثنایی است. همین امر به تنهایی حک آن را دشوار می‌کند. اما این ماده همچنین بسیار سمی است. استنشاق دودهای حاوی بریلیوم می تواند منجر به طیف وسیعی از اثرات منفی بر سلامتی، از جمله بیماری ریه شود.

از موادی که در بالا ذکر شده است باید اجتناب کرد، زیرا در صورت تهویه نامناسب محل کار می توانند خطرات قابل توجهی برای سلامتی ایجاد کنند. حتی اگر تهویه مناسب انجام شود، ممکن است مقررات زیست محیطی محلی به اقدامات اضافی برای سرکوب دود، مانند شستشوی با آب، نیاز داشته باشد.

نحوه حکاکی لیزری

حک لیزری فرآیندی چند مرحله ای است که در زیر به تفصیل شرح داده شده است:

1. آماده سازی طرح: طرح را به فرمتی تبدیل کنید که نرم افزار CAM (ساخت به کمک کامپیوتر) برش لیزری بتواند آن را بخواند. این معمولاً یک فایل dxf یا یک فرمت برداری دیگر است. برخی از بسته‌های CAM می‌توانند فرمت‌های تصویری را به طور مستقیم به مسیرهای لیزری تبدیل کنند. قدرت لیزر، سرعت و تعداد پاس ها در این نرم افزار CAM انتخاب می شوند.
2. انتخاب ماده: نوع موادی که می توان حک کرد به نوع و قدرت دستگاه حک لیزری موجود بستگی دارد.
3. ثابت کردن قطعه کار: قطعه کار را داخل دستگاه حک لیزری قرار دهید و مطمئن شوید که در حین پردازش نمی تواند حرکت کند.
4. ایجاد محیط کاری ایمن: اطمینان حاصل کنید که تهویه کافی وجود دارد و از عینک‌های ایمنی مناسب استفاده می‌شود.
5. حکاکی: برخی از دستگاه‌های حک لیزری لیزر را به طور خودکار فوکوس می‌کنند. با این حال، در برخی موارد، این کار باید قبل از حکاکی به صورت دستی انجام شود.
6. پایان کار: پس از اتمام کار، می توان قطعه را از دستگاه خارج کرده و تمیز کرد.

نکاتی در مورد حک لیزری

مهمترین نکته هنگام حک لیزری ایمنی است. اطمینان حاصل کنید که موادی که حکاکی می شوند دودهای سرطان زا یا سمی تولید نمی کنند. در اکثر موارد، حتی اگر دودها به طور خاص مضر نباشند، تهویه لازم است. اطمینان حاصل کنید که از محافظ چشم مناسب استفاده می شود، زیرا نور لیزر منعکس شده می تواند به طور دائمی به چشم آسیب برساند.

از نظر فنی، درک رابطه بین اثربخشی حک لیزری و توان لیزر مهم است. حکاکی فرآیندی پرانرژی است که مواد را تبخیر می کند و برخی از مواد متراکم یا بازتابنده مانند فلزات به لیزرهای پرقدرت تری نیاز دارند.

بهترین دستگاه‌های ارزان‌قیمت حک لیزری کدامند؟

“ارزان” مفهومی نسبی است. با این حال، برای کسی که به دنبال شروع کار با حک لیزری است، رایج ترین دستگاه حکاکی کم هزینه، Ortur LM2 Pro S2 Laser است. این دستگاه را می توان با قیمتی کمتر از 500 دلار خریداری کرد. قیمت خرده فروشی معمولی آن 600 دلار است. این دستگاه حک لیزری می تواند روی چوب، چرم و حتی سنگ حکاکی کند و همچنین می تواند موادی مانند کاغذ و مقوا را برش دهد.

قیمت متوسط دستگاه‌های حک لیزری چقدر است؟

تفاوت قیمتی زیادی بین دستگاه‌های حک لیزری در سطح ابتدایی و صنعتی وجود دارد. دستگاه‌های حک لیزری در سطح ابتدایی را می توان با قیمتی بین 500 تا 1000 دلار خریداری کرد، در حالی که قیمت دستگاه‌های حک لیزری صنعتی 20000 دلار یا بیشتر است. توجه داشته باشید که برخی از برش‌های لیزری را می توان با کاهش توان لیزر برای حک نیز استفاده کرد.

تفاوت بین حکاکی لیزری و قلم زنی چیست؟

حک لیزری(Laser Engraving) ماده را به شکل طرح حذف می کند تا یک اثر برجسته یا فرورفته ایجاد کند، به این معنی که طرح دارای ساختار سه بعدی است. قلم زنی(Laser Etching) به سادگی یک طرح دو بعدی را روی سطح ماده علامت گذاری می کند و از قدرت به مراتب کمتری استفاده می کند.

کدام روش بین حک لیزری و قلم زنی امن تر است؟

هم حک لیزری و هم قلم زنی لیزری از پرتوهای لیزر استفاده می کنند که خطر سوختگی و آسیب چشم را به همراه دارند. قلم زنی را می توان به دلیل نیاز به توان کمتر و همچنین تولید دود به مراتب کمتر، ایمن تر در نظر گرفت.

آیا حک لیزری و برش لیزری یکسان هستند؟

خیر، حک لیزری و برش لیزری یکسان نیستند. حکاکی ماده را از سطح قطعه در یک الگوی کنترل شده حذف می کند. برش، پرتو لیزر را از کل ضخامت قطعه عبور می دهد و ماده را به چندین قطعه جداگانه با توجه به یک خط برش ساده یا یک الگوی پیچیده جدا می کند.

آیا از همان دستگاه برای حک لیزری و برش لیزری استفاده می شود؟

بله، حک لیزری را می توان اغلب با استفاده از توان لیزر کمتر روی همان دستگاهی که برای برش لیزری استفاده می شود، انجام داد. هر دو فرآیند بر اساس یک فناوری اساسی مشابه هستند.

آیا ابزار حکاکی لیزری وجود دارد؟

بله، ابزار حک لیزری وجود دارد. این اساساً ماشین یا مکانیزمی است که یک سر لیزری را در یک صفحه دو بعدی حرکت می دهد تا یک طرح را بر اساس دستورات تولید شده توسط نرم افزار CAM حکاکی کند.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

این مقاله حکاکی لیزری را معرفی کرد، توضیح داد که چیست و همه چیز را در مورد این فرآیند شرح داد. این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه آنلاین ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/sheet/laser-engraving

توجه به حقوق کپی رایت و علامت تجاری

Teflon™ یک علامت تجاری ثبت شده و نام تجاری (Teflon ®) متعلق به Chemours (قبلاً DuPont) است.

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.