Применение и принцип работы сфокусированного углекислотного лазерного излучения для обработки текстильных полимерных материалов

УДК 687

Р. Ф. Гатиятуллина, М. Ю. Зайцева, Л. Н. Абуталипова

ПРИМЕНЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ СФОКУСИРОВАННОГО УГЛЕКИСЛОТНОГ О ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: лазерные технологии, гравировка, модернизация швейного производства, полимерные

материалы.

В статье рассмотрены прогрессивные технологии гравировки и вырезания различных полимерных материалов с помощью сфокусированного углекислотного лазерного излучения, которое обладает значительными преимуществами над традиционными способами гравировки. Лазерное излучение обеспечивает высокое качество обработки и, благодаря, своим техническим характеристикам данную технологию можно использовать для художественной гравировки любых поверхностей.

Keywords: laser technology, engraving, sewing production upgrade, polymeric materials.

The article deals with the progressive technology of engraving and cutting on various polymeric materials with carbon dioxide using a focused laser beam, which has significant advantages over traditional methods of engraving. Laser radiation provides high quality treatment and, thanks to its technical characteristics, the technology can be used for artistic engraving all surfaces.

Лазерное излучение в настоящее время является наиболее перспективной технологией для промышленного использования в связи с разработкой мощных лазеров с непрерывным и импульсно-периодическим действием. С помощью углекислотного лазерного излучения можно не только обрабатывать поверхность текстильного полимерного материала, но и производить раскрой и соединение деталей, при нагревании и расплавлении лазерным лучом участков в месте контакта свариваемых деталей.

Лазерная сварка с глубоким проплавлением позволяет сваривать толстые слои материалов с большой скоростью при минимальном тепловом воздействии на материал, прилегающий к зоне расплава, что улучшает свойства сварного шва и качество сварного соединения. Когда лазерный луч смещается, то же самое происходит и с зоной расплавленного материала. Затем при остывании образуется сварной шов. По форме он получается узким и глубоким, принципиально отличается от сварных швов, полученных при использовании технологии, например ультразвуковой сварки. Глубина проплавления зависит от мощности лазера, а поперечное сечение лазерного шва похоже на лезвие кинжала, поэтому глубокое лазерное проплавление иногда называют кинжальным [1].

Инициирование поверхностных химических реакций на поверхности текстильного полимерного материала с помощью теплового воздействия лазерного излучения или с использованием плазменного облака вблизи поверхности преследует цель окисления или восстановления отдельных компонентов материала или получения специальных соединений.

На кафедре «Моды и технологии» Казанского государственного технологического университета КНИТУ были рассмотрены некоторые возможности применения лазерного гравера ZEONMARK-8050 для отделки полимерных текстильных полотен. Результаты исследования влияния лазерного излучения на поверхность полимерного материала и экспериментальные образцы были представлены как научно-исследовательская работа аспирантов кафедры МТ на Международной конференции 2011 года Korea-Russia International Conference «Korea Fashion & Costume Design Association».

Проект применения лазера для обработки текстильных материалов стал одним из победителей Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и

аспирантов в области технических наук в рамках VI Всероссийского фестиваля науки, который прошел в Москве с 7 по 9 октября 2011 года.

Углекислотный лазер 2Е0КМАВК-8050, применяемый для отделки полимерных текстильных полотен может быть пригоден не только для гравировки и сварки материалов, но и для рассекания настила материала с одновременным оплавлением среза. При резке пакета тонких материалов необходимо, чтобы они плотно прилегали друг к другу, а при точечной контактной сварке для тесного контакта свариваемых деталей необходимо дополнительное давление.

Особенность обработки материалов лазером имеет некоторые нюансы. При резке на лазерном гравере, например, оргстекла, края материала остаются гладкими, и не требующие дополнительной обработки. Сам процесс резки достаточно быстрый, точный, издается минимальное количество шума, по сравнению, например, с раскроем материалов дисковым раскройным ножом. Процессы обработки (резка и гравировка) являются бесконтактными, что не требует дополнительных приспособлений для зажима заготовки или материала на рабочем поле станка.

При проведении исследования влияния лазерного излучения на поверхность полимерного материала были выявлены некоторые нюансы работы лазерного станка ТЕО~ЫМА~ЯК-8050. При высокой температуре в помещении, система охлаждения лазера не обеспечивает стабильную работу лазерного излучателя, что может привести к аварийному отключению оборудования и прерыванию технологического процесса. Температура циркулирующей воды в системе охлаждения должна соответствовать требованиям к системе охлаждения, иначе в случае высокой температуры, снижается мощность лазерного излучателя вследствие перегрева, а при слишком низкой температуре охлаждающей жидкости, она может замерзнуть в патрубках системы охлаждения внутри излучателя, что приведет к разрыву оболочки излучателя и выхода его из строя. Максимальная температура нагрева воды - 300С. Кроме того, в случае очень высокой влажности в помещении, возможно окисление контактов на электросхемах оборудования, что может привести к коротким замыканиям при включенном станке.

Характеристика лазерного оборудования 2Е0КМАКК-8050 представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика лазерного оборудования ZEONMARK-8050

Модель

Мощность лазера, W Тип излучателя

Габариты оборудования, мм Минимальный размер буквы Температура помещения, °С Температура воды в системе водяного охлаждения, С Влажность в помещении, % Электропитание, V Потребляемая мощность, W Рабочий стол

Программное обеспечение

Файловые форматы

ZEONMARK-8050

5GW

CO2 стеклянный лазерный излучатель

1185x885x1G35

Английский язык 1,5 мм

5°С~35°С

5°C~3G°C

<8G%

AC220V/50-60Hz

9GGW

Поднимающийся/опускающийся,

полосовой

DSP 5.G, совместимое с Corel Draw и AutoCAD

Л! BMP, PLT, DXF, CAD

AI, BMP, PLT, DXF, CAD__________________

Корпус лазерного гравера состоит из двух оснований (верхнего и нижнего), верхней крышки, боковых панелей, передней и задней крышки. Конструкция корпуса предусмотрена для размещения в ней отдельных электронных частей и механизмов лазерного гравера (лазерного излучателя, платы управления и главной платы).

Рабочий стол приводится в движение электродвигателем при помощи ременной передачи, представленной на рисунке 1.

Движение лазерной каретки, обеспечивающей передачу лазерного луча по плоскости рабочего стола, производится за счет шаговых двигателей, расположенных в корпусе гравера. Рабочая область лазерного гравера представлена на рисунке 2. Двигатели обеспечивают движение каретки по двум осям координат X и У при помощи ременной передачи, представлены на рисунке 3 и 4, соответственно.

Излучатель расположен в задней части корпуса гравера и генерирует лазерное излучение. Отражающие зеркала - передают лазерный луч по рабочему столу. Применяется система передачи лазерного луча, так называемой «летающей оптики». Фокусирующая линза концентрирует лазерный луч в пучок, который является достаточным для качественной обработки материалов.

Рис. 1 - Механизм регулировки высоты рабочей области лазерного гравера

ZEONMARK-8050

Рис. 2 - Рабочая область лазерного гравера ZEONMARK-8050

Рис. 3 - Двигатель, обеспечивающий движение каретки лазерного гравера по оси X

Рис. 4 - Двигатель, обеспечивающий движение каретки лазерного гравера по оси У

Лазерный излучатель генерирует излучение, луч при выходе из излучателя попадает на первое отражающее зеркало, расположенное под углом 450 к плоскости луча. Затем луч попадает на второе отражающее зеркало, расположенное таким же образом, как и первое, а далее попадает на третье отражающее зеркало. Отражаясь от третьего зеркала, луч попадает на фокусирующую линзу и фокусируется на поверхность материала или заготовки.

При работе лазерного гравера необходимо обеспечить подачу воздуха в зону обработки. Для обеспечения данного условия работы гравера необходимо подсоединить вытяжную систему и воздушную помпу, для вытяжки продуктов горения и подачи воздуха.

Универсальность рабочих механизмов лазерного гравера, многофункциональность оборудования и унифицированная возможность настройки мощности и скорости движения пучка лазерного излучения, позволяет использовать данное устройство для широкого спектра исследований и работ.

Победа проекта кафедры «Мода и технологии» института технологии легкой промышленности и моды КНИТУ в конкурсе научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук в рамках VI Всероссийского фестиваля науки 9 октября 2011 года, говорит об актуальности темы исследований и способствует достижению целей модернизации производственных предприятий Легкой промышленности.

Направление исследования возможностей применения сфокусированного

углекислотного лазера для обработки текстильных полимерных материалов в рамках модернизации предприятий легкой промышленности обусловлено достижением комплексных

целей реализации Стратегии развития Легкой промышленности России и Плана мероприятий по ее реализации [2,3].

Литература

1. Colchester, C Textiles today a global survey of trends and traditions / С. Colchester // Thames and Hudson. - London. - DC, 2007. - P.42-45.

2. Зайцева, М.Ю. Исследование основных физических свойств вспененного полиэтилена высокого давления для применения в изделиях легкой промышленности / М.Ю. Зайцева, Л.Г. Хисамиева // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №10. - С.210.

3. Стратегия развития легкой промышленности России на период до 2020 года. Приказ Минпромторга РФ от 24.09.2009 №853.

© Р. Ф. Гатиятуллина - асс. каф. моды и технологий КНИТУ, renatafg@rambler.ru; М. Ю. Зайцева -зав. лаб. той же кафедры, ling@mail.ru; Л. Н. Абуталипова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. моды и технологий КНИТУ.