Обработка полиэтилена на лазерном станке

Очень существенным достоинством лазерных станков с ЧПУ является их высокая универсальность. Это, в том числе, выражается в возможности обрабатывать различные материалы, включая тонкие и податливые (в их числе полиэтиленовая плёнка, бумага и т. п.). Несмотря на свою «воздушность», тонкие материалы довольно трудны в обработке. Либо для резки требуется применять громоздкие машины, которые никак нельзя назвать универсальными. Из-за своих габаритов такое оборудование доступно далеко не каждому предприятию. Кроме того, себестоимость обработки сильно зависит от тиража изделия (как правило, чем больше партия, тем стоимость ниже). А как же обрабатывать единичные экземпляры?

Универсальное режущее оборудование (к примеру, фрезерные станки с ЧПУ или плоттеры) часто также не позволяет обрабатывать тонкие материалы — ввиду риска порвать заготовку, «намотав» её на режущий инструмент. В то же время спектр применения полимерной плёнки очень большой. Следовательно, для её обработки нужны более эффективные и выгодные методы (в том числе с целью отказа от дорогого и низкопроизводительного ручного труда).

Что такое полиэтилен?

Полиэтиленовой плёнкой (распространённая, но ошибочная аналогия с «целлофаном») является пластичное органическое соединения с «длинной» полимерной цепочкой молекул этилена. Тонкие листы полиэтилена бесцветны, имеют оптическую прозрачность. Более толстые полиэтиленовые листы — белого цвета. Полиэтиленовая плёнка обладает высокой химической стойкостью. Не чувствительна к холоду. Обладает значительными амортизирующими свойствами (что определяет широкое применение полиэтилена в качестве изоляционного и упаковочного материала). Полимерная плёнка не проводит электричество.

Как производственный материал полиэтилен широко используется для создания различных плёнок (упаковочных, липких — скотча и т. п.), тары (бутылок, канистр и пр.), труб (водопроводных, канализационных сливов, газопроводных и пр.). Мелкодисперсные порошковые гранулы полиэтилена используются в качестве добавок для термоклеев. Толстые листы полиэтилена обладают достаточной прочностью для изготовления корпусов вездеходов, лодок и даже пластин бронежилетов!

Диэлектрические свойства позволяют изготавливать полиэтиленовые изоляторы, прокладки, детали антенн и электротехнической аппаратуры.

В твёрдом виде полиэтилен экологически безопасен. Значительным преимуществом является возможность утилизации данного полимера. Однако при сжигании, полиэтилен выделяет формальдегиды, уксусную кислоту и ряд других материалов (отравляющих и общетоксического свойства). Поэтому сжигание (и даже нагревание полиэтилена свыше 120 °С), как для утилизации, так и для других целей, крайне нежелательно!

Лазерная резка полиэтилена

Лазерные станки с ЧПУ прекрасно справляются с обработкой тонкой полимерной плёнки. За счёт быстрого воздействия высокоэнергетического луча на небольшом участке реза, обработка полиэтилена проходит без оплавления и даже без почернения краёв шва.

Микроконтроллер ЧПУ станка позволяет реализовывать сложную программу обработки. При этом себестоимость изделий оказывается самой низкой (из всех альтернативных способов обработки), и абсолютно не зависящей от объёма партии. Таким образом, лазером можно изготавливать как массовые изделия, так и единичные образцы — все они будут иметь отличное качество и низкую итоговую стоимость.

Особенность обработки толстых заготовок

При лазерном раскрое или фигурной резке толстых полиэтиленовых заготовок (от 10 мм и выше) может возникнуть проблема вспышек («отстрелов») или даже образования кратковременных очагов пламени.

Причиной такого явления может быть:

• ошибка выбора режимов обработки (мощности излучения и скорости движения лазерной головки);
• загрязнение ячеек рабочего стола (остатки нагара от предыдущих материалов и т. п.);
• низкая интенсивность обдува (плохая производительность или загрязнение/отказ штатной системы обдува линзы излучателя);
• плохое качество обрабатываемого материала.

Для получения высокого качества обработки полиэтилена (а «поджаривание» заготовки никак не приближает к этой цели!) необходимо устранить или снизить влияние описанных выше факторов.

Первое — при явном возгорании материала следует снизить мощность лазерного излучения (при этом может потребоваться резать полиэтилен в несколько проходов — с уменьшенной мощностью лазера и скоростью движения излучателя).

Второе — чистый рабочий стол, как правило, на 100% решает проблему возникновения факела! Объяснение этому простое — запёкшийся материал в ячейках рабочего стола является отличным горючим (особенно если при обработке лазером заготовка выделяет легковоспламеняющиеся фракции). Поэтому регулярной очистке рабочего стола лазерного станка с ЧПУ следует уделять самое пристальное внимание!

Третье — уменьшить вероятность «отстрелов» можно путём интенсификации обдува линзы излучателя. Для этого штатный («аквариумный») компрессор лазерного станка можно заменить на более «серьёзный» агрегат (с давлением наддува порядка 0,5-2 атм.). Как вариант — перейти от подачи обычного воздуха к обдуву лазерной линзы инертным газом, не поддерживающим горение (азотом, аргоном, или углекислым).

И, наконец, четвёртое — толстые листы полиэтилена низкого качества (или поддельного) склонны при нагревании выделять легковоспламеняющиеся фракции, что значительно затрудняет борьбу с «факелами». Выходом в такой ситуации будет переход на более качественные материалы, или следование вышеописанным «стандартным» процедурам (снижение мощности обработки, очистка рабочего стола, применение обдува большей интенсивности или обдува инертным газом и т. д.).

Хлорсодержащие плёнки

Следует помнить, что, подобно ограничению на лазерную обработку ПВХ, запрещена обработка на лазерных станках с ЧПУ полиэтиленовых хлорсодержащих материалов.

Данный запрет основывается на том, что выделяемый в процессе термического воздействия хлористый гидроксид подобно соляной кислоте постепенно (но верно!) разъедает механику лазерного станка. Но главное — обладает канцерогенным действием и очень опасен для персонала!

Именно поэтому каждый производитель или поставщик лазерного оборудования в обязательном порядке инструктирует своих клиентов о запрете лазерной обработки материалов, имеющих в своём составе хлор.