Лазерная технология обработки синтетических материалов

УДК 678

М. А. Лебедева, Л. Г. Хисамиева

ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: лазер, лазерный луч, лазерная перфорация, лазерная гравировка, синтетические материалы.

В статье рассматриваются понятия, виды, преимущества и режимы использования технологии лазерной перфорации для обработки синтетических материалов.

Кeywords: laser, laser beam, laser perforating, laser engraving, synthetic materials.

The article discusses the concepts, types, advantages and modes of using the technology of laser perforation for processing synthetic materials.

Введение

Открытие новых физических явлений, послуживших основой для создания прибора оптического квантового генератора (лазера), стало одним из самых замечательных достижений физики второй половины двадцатого века. Лазер или оптический квантовый генератор - это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, монохроматическую, химическую) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и

узконаправленного потока излучения. Существует множество видов лазеров. Некоторые из них могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне [1].

Технологические методы лазерной обработки текстильных материалов

В настоящее время процесс лазерной обработки имеет большие перспективы по внедрению в производство изделий легкой промышленности. Существует множество видов лазерной обработки текстильных материалов: лазерная резка,

перфорация, гравировка, наплавка, вакуумно-лазерное напыление, лазерное легирование.

Лазерный поток имеет маленький диаметр луча и высокую интенсивность. Луч нагревает поверхность ткани до рекордно высоких температур, заставляя плавиться, но, не задевая прилегающие участки. Таким образом, лазерный рез получается сверхтонким с идеально ровными краями или легким оплавлением поверхности ткани, что позволяет эффективно резать листовые материалы, создавая любые сложные рисунки и оставляя гладкую поверхность реза. Производится раскрой деталей и даже целых настилов (в зависимости от вида и состава ткани). При обработке геометрически сложных изделий, резка выполняется на координатных сетках размером 1500x2500 мм, прикрепленных к столам, что обеспечивает низкий процент отходов производства и большую точность.

Перфорация лазером позволяет получать узоры любой сложности как на уже вырезанных закройщиком, деталях, так и на рулонной ткани. В процессе лазерной перфорации происходит оплавление края материала, и нет необходимости в дополнительной обработке края оверлоком [2].

Для лазерной перфорации и лазерной резки подходят абсолютно все виды тканей и кожи: от натуральных до синтетических. Для синтетических тканей и кожзаменителей, цвет среза зависит исключительно от химического состава применяемых в производстве красителей, и обычно не отличается от цвета самого материала. Для натуральных материалов срез приобретает светло-коричневый оттенок, подчеркивающий рисунок и фактуру материала. Заданный узор или рисунок производится на лазерном оборудовании с уникальной точностью. Такой метод позволяет изготавливать лекала и аппликации на клеевой основе.

Лазеры используются для получения поверхностных покрытий ткани (лазерное легирование, наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения износостойкости. Важно, что при лазерной обработке материалов на них не оказывается механическое воздействие, зона нагрева мала, поэтому возникают лишь незначительные термические деформации.

Еще одним способом декорирования текстильных материалов является лазерная маркировка и гравировка. Основными критериями маркировки являются контрастность надписи и устойчивость к стиранию. Контрастность определяется

соотношением ширины и глубины линии гравировки [3].

В процессе лазерной гравировки снимается (выжигается, испаряется) верхний слой или слои за счет чего на поверхности материала возникают углубления, сочетания которых дают необходимое изображение или надпись. Гравировка часто используется для придания дополнительного эффекта перфорации, и как самостоятельный элемент на изделии [4]. Материал для наносимой гравировки должен обладать высокой оптической чистотой и хорошим качеством поверхности, во избежание различных дефектов гравировки.

Достоинства технологических методов лазерной обработки текстильных материалов:

- быстрота всего процесса, что значительно понижает его себестоимость;

- нет физического воздействия на материал, что позволяет обрабатывать труднодоступные и неудобно расположенные участки материала;

- воздействие оказывается на минимальную площадь поверхности (примерно 10 - 20 микрон), что влияет на точность выполненного рисунка;

Таблица 1 - Подбор технических режимов лазерной гравировки синтетических тканей

Название ткани, Параметры гравировки

состав

Костюмная ткань Скорость гравировки, мм/с 500

Артикул: Мощность, ВТ 19

205013/572 Мощность излучателя, ВТ 19

Состав: Температура воды, °С 20°

40% - п/э 60% - вискоза Высота головки лазера относительно поверхности

стола, мм 35

Время гравировки, с 8,6

Джинсовая ткань Скорость гравировки, мм/с 700

Мощность, ВТ 21

Мощность излучателя, ВТ 21

Температура воды, °С 20 °

Высота головки лазера

относительно поверхности

стола, мм 35

Время гравировки, с 6,9

Искусственная кожа Скорость гравировки, мм/с 700

на трикотажной Мощность, ВТ 20

основе Мощность излучателя, ВТ 20

Температура воды, °С 22 °

Высота головки лазера

относительно поверхности

стола, мм 35

Время гравировки, с 5,83

Вельвет Скорость гравировки, мм/с 700

Артикул: 609008/471 Мощность, ВТ 18

Состав: 15% х/б, 85% Мощность излучателя, ВТ 18

п/э Температура воды, °С 22 °

Высота головки лазера

относительно поверхности

стола, мм 35

Время гравировки, с 7,6

- миниатюрность наносимого элемента;

- отсутствие механического воздействия на изделие;

- высокая точность и качество нанесения различных элементов, что гарантирует надежность и стабильность их считывания;

- высокая производительность; возможность полной автоматизации процесса нанесения.

Весь технологический процесс контролируется и управляется оператором с помощью компьютера. Лазер вырезает заданные формы без зазоров с оптимальной раскладкой материала, что существенно снижает количество отходов. Кроме этого, внести какие-либо изменения в рисунок или произвести изменения размеров изделия можно в течение нескольких минут.

Малое термическое воздействие на поверхность, сочетание разных материалов в пределах одной операции и высокая точность позиционирования кромок путем автоматической регистрации дает возможность получать продукцию высокого качества в короткие сроки.

Экспериментальная часть

Обработка образцов синтетических и смешенных материалов была проведена на экспериментальной опытно-промышленной установке - лазерном гравере «гБОКМЛИК LWG - 1490».

В процессе лазерной гравировки, с учетом особенностей метода обработки, на краях гравируемого изображения могут возникать оплавления, как побочный эффект перегревания материала. Этот эффект может в дальнейшем быть устранен за счет уменьшения температуры и длительности воздействия луча на материал, что реализуется путем уменьшения мощности станка, увеличением скорости гравировки.

Экспериментальным путем определены технические режимы гравировки синтетических и смешенных тканей, которые представлены такими показателями как мощность, скорость, площадь обработки.

В таблице 1 представлены параметры лазерной гравировки поверхности различных видов

синтетических материалов. Площадь рисунка наносимой гравировки составляет 50 х 50 мм.

На рисунке 1 представлен опытный образец синтетического материала, поверхность которого обработана лазерной гравировкой.

При обработке образцов искусственной кожи, заданными параметрами лазерной резки, необходимо учитывать скорость и точность производимых работ (узкий рез и создание отверстий диаметром от 0,5 мм), минимальную зону термического влияния.

В таблице 2 представлены параметры лазерной перфорации искусственных кож. Площадь рисунка перфорации составляет 50 х 50 мм.

На рисунке 2 представлен опытный образец лазерной перфорации искусственной кожи.

Рис. 1 - Опытный образец синтетического материала с нанесением лазерной гравировки

Таблица 2 - Подбор технических режимов лазерной перфорации искусственной кожи

Название ткани, состав Параметры перфорации

Искусственная кожа на коттоне Состав: 100% п/э Скорость перфорации, мм/с 100

Мощность, ВТ 60

Мощность излучателя, ВТ 60

Температура воды,  С 16

Высота головки лазера относительно поверхности стола, мм 37

Время перфорации, с 5,3

Искусственная кожа на трикотажной основе Состав: 100% п/э Скорость перфорации, мм/с 100

Мощность, ВТ 26

Мощность излучателя, ВТ 24

Температура воды,  С 20

Высота головки лазера относительно поверхности стола, мм 37

Время перфорации, с 5,3

Рис. 2 - Опытный образец искусственной кожи с нанесением лазерной перфорации

Вывод

Подобраны оптимальные режимы обработки синтетических материалов при нанесении гравировки и перфорации лазерным гравером. Использование лазерной технологии позволит расширить диапазон технологических способов изготовления изделий легкой промышленности.

Литература

[1] Что такое лазер. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://wikipedia.org.

[2] Лазер [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.svetoluch.ru.

[3] Хисамиева Л.Г. Декорирование поверхности текстильных полимерных материалов с помощью лазерной технологии / Хисамиева Л.Г., Петрова А.А., Гилязова А. А., Бадрутдинова А.Н. // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т.15. №.11, С.127-128.

[4] Хисамиева Л. Г. Проектирование игровых костюмов для пейнтбола с использованием защитных сегментов из полимерных материалов / Хисамиева Л.Г., Косолапова С.О. // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т.15. №.13, С.161-162.

© М. А. Лебедева - магистр каф. ИТЛПМД КНИТУ, mariafamilylm@yandex.ru; Л. Г. Хисамиева - к.п.н., доцент каф. МТ КНИТУ, Lg-kgtu@mail.ru.

© М. А. Lebedeva - маster of the Department HLIFD КЫЯТи, mariafamilylm@yandex.ru; L. G. Khisamieva - Candidate of Pedagogical Sciences, Assoc. Department. FT KNRTU, lg-kgtu@mail.ru.