雷切達人的雷射切割機選購指南

2018-12-18
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由學生遍布海內外的知名雷切達人Fun-Maker創辦人& 研發設計總監-余有容老師現身說法。

圖、文/余有容 (Mac Yu)

圖:筆者Mac余有容 熱愛以雷射切割創作多元作品

 

37歲那年,在Fablab Taipei遇見雷切機後,便開啟了我以雷切創作創業之路。然而工欲善其事,必先利其器,雷射切割機是我的重要合作夥伴,當然必須對它有更深入的了解,也因為創作與授課教學的關係,曾使用過不同品牌的CO2雷射切割機。如:金屬管雷切機有美國品牌UNVERSAL、台灣品牌GCC等,而玻璃管雷切機則使用過台灣三軸、巧士科技等品牌雷切機。

在實際使用雷切機前,我們必須對雷射切割有基礎的認識和其加工原理的了解,並對不同品牌的雷射切割機有清楚認知,讓大家可以找到符合自己需求的雷射切割機。

圖:工作室裡多為以雷切創作之作品

 

什麼是雷射切割

一九六○年美國科學家梅曼(T.H.Maiman)利用紅寶石製成世界第一具雷射,時至今日,雷射已廣泛應用在通訊、國防、製造業、商業、醫學等領域。雷射會依誘發介質的不同而產生不同的波長,其介質分別為固態、液態、氣態以及後來發展的半導體雷射。我們利用不同波長與介質的特性,運用在不同的領域,例如半導體雷射的功率小但精細度高,常被拿來大量運用在光碟機的雷射讀寫頭或是常見的簡報筆。

雷射切割是利用機械運作的方式將雷射光速投射在物體表面以進行切割或雕刻。依雷射光之功率的不同和雷射光的光束密度之不同,可以產生各種不同的切割或是雕刻的效果。

 

雷射切割加工運作原理

在雷射加工運用上,會依照不同的加工運用來設計不同的機械結構以符合所需。常見的機械結構有X-Y Table、振鏡、多軸機械手臂等。多軸機械手臂因造價高昂,所以大多以工業加工為主。振鏡系統因高速震盪,則多運用在標籤機或清潔機。至於商業運用,則以X-Y Table (XY軸) 的機械為主,X-Y Table主要運用滑軌與皮帶來帶動反射鏡位移,進而將雷射光速折射到加工的物體上(如下方圖所示)。

雷射光速經由雷射管射出後會擊中第一反射鏡,再由第一反射鏡將光束折射到第二反射鏡,也就是Y軸上的反射鏡,第二反射鏡在Y軸上前後移動時,雷射光束都會精準的折射在第二反射鏡上,雷射光束擊中第二反射鏡後會將光束再折設置X軸上的第三反射鏡,同前原理,X軸左右位移時,雷射會精準擊中第三反射鏡,第三反射鏡會將雷射光轉向下,折射至加工物體,也就是Z軸,這時雷射光會穿過聚焦鏡讓光束的焦點集中在加工物體上,以聚集的光束所產生的高溫對物體作切割或是雕刻,這就是X-Y Table 的加工方式。

 

最普遍使用的CO2雷射切割機

雷射切割機在工業加工的運用,依介質的不同大致可分為三種類型:CO2雷射切割機,固體(YAG)雷射切割機,光纖雷射切割機三種,我們將針對較普遍使用的CO2雷射切割來進行說明。

根據國際安全標準,雷射危害等級分4級,而CO2雷射屬於第4級,CO2雷射器的波長為10.6um,比較容易被非金屬吸收,可有效的切割木材、亞克力、PP(聚丙烯)、有機玻璃等非金屬材料,所以CO2 雷射切割機除了大量的工業加工運用外,在一般市面上常見使用於商業小量的代工服務。在工業使用上,大型機台功率在200W~4000W之間,而一般商業代切或是創客空間的機器功率大都在40W~200W之間居多。此外,在各類商用雷射切割機中,以CO2雷射切割機的每瓦輸出成本最低,其應用包括柔性材料、非金屬固性材料和金屬材料的高速切割、雕刻、焊接等。這些優勢,使得CO2雷射切割機非常適合連續加工作業生產。

 

金屬管與玻璃管的比較

CO2雷射切割機發出雷射光速的雷射管分成金屬管與玻璃管兩大類。玻璃管是較早年的設計,目前主要產地是中國,金屬管則是較近期的設計,主要為歐美廠商所生產,主要生產廠商有SYNRAS(新銳),UNIVERSAL,COHERENT 等。

傳統的玻璃管封,優點是價格相對便宜,但其使用壽命較短、體積大、光束較粗(切縫粗)、出光響應速度慢、不能低功率出光(功率可調性比較差,同一種功率雷射在不同材料上加工的效果差異較大),這些缺點不僅越來越難以滿足生產加工需求,同時也制約其長期發展,使用壽命約2000個小時左右,經常會因故障影響生產,在使用成本方面,這一種雷射管已經難以滿足工業生產的需要。

CO2金屬雷射管,被認為是玻璃管封的最佳替代品,採用全金屬化結構,具有體積小、全封閉、免維護、成本低、調製特性優良、輸出光束細緻度高(比玻璃管精細3倍多)、輸出功率密度高、工作電壓低、輸出功率方便可調、功率穩定性優異、運行可靠性高等特點,更為重要的是,金屬管還具有使用壽命長(一般在20000小時以上)、維修成本低、充氣後還可重複使用,且無需更換等優勢。

 

資料來源:Fun-Maker工作室

 

金屬管雷切機廠商簡介

金屬管雷射切割機較具知名度的廠商有美國的EPILOG,UNIVERSAL 台灣的GCC等。金屬管雷射切割機造價較高,一般40W金屬雷射切割機是售價約落在在40~60萬不等(依照工作範圍與相關配件上的差異與品牌的價格落差)雷射管本身也是耗材,40W的CO2雷射管售價約20萬左右。

 

 

1. 美商EPILOG (伊洛) 成立於1988年,有著高解析度的雕刻及便利的軟體設計,簡易完整的操作介面,機器內建控制面板,功率從30W最大到到120W,切割範圍最大為1060 x 711 mm,依照不同規格的功率使用不同品牌的

圖片來源:EPILOG官網

 

2. 美商UNIVERSAL 成立於1988年,擁有完整的產品線,自行設計製造的雷射管,功率從30W到150W,最大裁切尺寸 1219 x 610 mm,全電腦控制,75W以上內建自動對焦的功能,UNIVERSAL 在軟體上須使用Illustrator,透過列印功能輸出,操作軟體使用簡單,介面乾淨,

圖片來源:UNIVERSAL官網

 

3. 台灣GCC星雲電腦 成立於1989年,產品除雷切機外還生產割紙機,UV噴繪機等,GCC使用SYNRAS(美商新銳)的金屬雷射管,功率從30W到200W,最大裁切尺寸 1300 x 916 mm,GCC有雙雷射管設計的機種,混和金屬管的雕刻與玻璃管的大功率切割等特色,使用上的特色是可以直接用手移動雷射頭到需加工的位置,以此點為起點開始切割,在外型上的設計比較以工業便利性出發,前後門可開設計,可容納超長型的物件,高速AC伺服馬達可對加工物高速加工,雕刻速度可以到達2000mm/s。

圖片來源:GCC官網

玻璃管雷切機廠商眾多

玻璃管雷切機當前多為大陸製,價格也較平易近人。使用穩定度上,就筆者實際使用兩年半經驗來看並無明顯光衰和故障狀況,品質尚稱穩定。玻璃管雷切機的品牌眾多,其主體架構與雷射管、軟體搭配大都大同小異。

 

金屬管雷切機的操作介面

金屬管雷切機廠商大都自行研發介面軟體,不過在使用上就有一些不同的差異。

UNIVERSAL的操作介面簡潔乾淨,分層清晰,使用容易。GCC的軟體使用上都算簡便,但UI(使用這介面)的美感較普通,尚有進步的空間。

 

玻璃管雷切機廠商的操作介面

玻璃管的雷切機廠商大都以第三方公司開發的軟體為選配。目前雷切機常見操作軟體分為兩套:一套是Corellaser,另一套為RDWorks8。分別以配合不同的控制主機板來做分別:

1. Corellaser是CorelDraw附掛工具,常見於尺寸較小的機器 600 x 400mm 以下,切割時切割與雕刻及畫線要分開來執行,一次只能持行一個指令,在操作上比較麻煩,如不熟悉還經常會出現切割與雕刻無法對齊的狀況。

 

2. RDWorksV8 是大陸廠商睿達科技開發出來的軟體,配合控制主機板可離線操作,利用分色可同時執行切割,雕刻,畫線等功能,支援繁體中文,執行排序等功能,雖然介面不若UNIVERSAL美觀,但使用上反而更便利。

 

RDworksV8 操作介面

 

選購玻璃管雷切機的建議

雷射管建議60W以上實用度比較高,100W以上需要另外加購冰水機讓雷射管冷卻,成本大約5000~2萬台幣左右,切割尺寸需依照允許的空間來做設定,最常見的為600 x 400 mm,如果預算足夠,建議軟體升級到RDWorksV8。

(圖為筆者工作室目前所使用雷切機)

 

 

文章來源:iPOE科技誌( http://ipoe.cc/)授權刊登