Firma Colop Polska Sp z o.o. chcąc poprawić jakość wykonywanych usług, współnie z Politechniką Śląską w Gliwicach prowdzi badania nad obróbką materiałów do wyrobu pieczątek. Jeden z absolwentów uczelni w ramach pracy dyplomowej badał zachowanie się gumy podczas obróbki laserem, zamieszczony artykuł prezentuje wyniki pracy, Zapraszamy do lektury. Urządzenia firmy Universal Laser System są w istocie kompletnym systemem laserowym składającym się ze źródła laserowego, sterowanego numerycznie układu prowadzenia wiązki, układu odciągu oparów, nadmuchu czyszczącego obrabiany materiał oraz obudowy zabezpieczającej przed odbiciami wiązki. Z powodu niewielkich mocy urządzenie to przeznaczone jest przede wszystkim do znakowania, cięcia i grawerowania tworzyw sztucznych. Urządzenie to składa się z tuby laserowej wypełnionej mieszaniną gazów: CO2, N­2 oraz He, która emituje promieniowanie o długości fali 10,6 ľm. Cały system zamknięty jest w obudowie, która ogranicza bezpośredni dostęp do wiązki. Pokrywy umożliwiające dostęp do przestrzeni roboczej wyposażone są w system interlock, który w sposób automatyczny odcina promieniowanie, gdy któraś z pokryw jest otwarta. Stół wykonany jest z bardzo wytrzymałych materiałów. Posiada możliwość regulacji swojej wysokości, co jest bardzo istotne gdyż, aby promień lasera dobrze ogniskował się na materiale, należy bardzo starannie ustawić odległość miedzy nim, a soczewką skupiającą, która jest ostatnim elementem toru optycznego systemu laserowego. W ploterze PLS wykorzystuje się soczewki wklęsło-wypukłe.

Sterownik plotera Professional umożliwia ustawienie wielu parametrów obróbki laserowej: mocy (power), prędkości poruszania się głowicy laserowej (Speed), ilość impulsów lasera na cal (PPI-point per inch), siły nadmuchu gazu czyszczącego obrabianą powierzchnię podczas pracy urządzenia (flow; 100% = 2 bary), trybu pracy (mode): rastrowy lub wektorowy oraz specjalnych efektów drukowania (print special effects): normal (używany podczas tradycyjnego grawerowania) i Rubber Stamp (przygotowany specjalnie z myślą o stemplach umożliwia uzyskanie tzw. stożka).

Wiele firm usługowych wykorzystuje lasery CO2 do grawerowania gumy w celu wytworzenia pieczątki. W tych produktach, jak zauważy każdy użytkownik dowolnego rodzaju pieczątki, ważne są dokładność i precyzja. Guma jest materiałem otrzymywanym z kauczuku przez jego wulkanizację. Charakteryzuje się własnościami elastycznymi, trwałymi w warunkach przechowywania i eksploatacji. Zachowuje ona kształt uzyskany podczas wulkanizacji, który nie zmienia się pod wpływem temperatury i umiarkowanego ciśnienia. Pod wpływem wielu rozpuszczalników organicznych guma pęcznieje, lecz nie rozpuszcza się. Guma Q to nazwa przemysłowa tworzywa produkowanego i sprzedawanego przez firmę Printy Poland Colop Polska. Jej wyjątkowe właściwości fizyko chemiczne takie jak: odporność na ścieranie, wilgoć, zmiany temperatury, brak zapachu wydzielanego podczas obróbki i eksploatacji oraz łatwość w obróbce laserem CO2 powodują, iż stemple wykonane na jej bazie stanowią alternatywę dla pieczątek polimerowych, których produkcja jest skomplikowana, długotrwała i nie zawsze przynosząca oczekiwane rezultaty.

Chcąc uzyskać dobrze odbijający się stempel, bardzo ważne jest dobre zogniskowanie wiązki na materiale. Rysunek po prawej pokazuje, że nawet odchylenie rzędu 2 mm powoduje, iż uzyskujemy zbyt dużą średnicę wiązki, co może spowodować, iż pieczątka będzie nieostra, co w konsekwencji powoduje rozmazywanie się odbicia.
Nacięcie gumy wiązką zogniskowaną na:
A - powierzchni materiału;
B - na stole roboczym

Następnym etapem jest odpowiedni dobór parametrów. Należy zwrócić uwagę na głębokość graweru, ponieważ przy zbyt płytkim pieczątka stanie się nieczytelna. Dlatego należy tak dobrać prędkość obróbki, aby proces trwał jak najkrócej, jednocześnie jednak z zachowaniem odpowiedniej jakości. Moc ustawiana jest na 100% spowodowane jest to maksymalnym wykorzystaniem urządzenia.

Trzy zdjęcia z literą "A" ilustrują jak zachowuje się guma w zależności od mocy i prędkości grawerowania. Przy minimalnej prędkości i maksymalnej mocy uzyskujemy najgłębszy grawer, jednak pieczątka jest nadpalona i proces trwa najdłużej. W przypadku parametrów prędkość(18%), moc(80%) jakość pieczątki również nie jest zadowalająca, dlatego iż penetracja wiązką była zbyt płytka. Optymalne parametry są następujące: prędkość(12%) moc (100%), stosując je, uzyskujemy najlepszy kompromis pomiędzy jakością uzyskanego stempla i czasem trwania obróbki. Na poniższym rysunku porównano dwa skrajne przypadki graweru z zachowaniem optymalnych parametrów.

Odpowiednie dobranie parametrów odpowiadających za głębokość żłobienia, to w przypadku stempli nie wszystko, o wiele bardziej istotne jest dobranie odpowiedniego stożka. Powoduje on, iż litera styka się z podłożem większą powierzchnią, co zapewnia jej większą stabilność oraz zmniejsza szansę urwania się. Powoduje on, iż wydaje się, że laser graweruje pod kątem, jednak jest to spowodowane precyzyjnym kontrolowaniem mocy.

W przypadku klasycznego grawerowania laser ciągle uderza z tą samą mocą. W przypadku pieczątek zasada działania jest nieco inna. Laser zbliżając się do miejsca, które ma być niewygrawerowane np. litery, zaczyna stopniować swoją moc. Czym bliżej litery, moc emitowana przez tubę jest coraz mniejsza, dzięki temu uzyskujemy efekt jak na rysunku 6.5 b. Sterownik plotera PLS 3.60 umożliwia ustawienie procentowej mocy oraz kroku, z jakim laser będzie ją zwiększał. Co prawda ma kilka zdefiniowanych przez producenta przykładów jednak nie spisują się one najlepiej w przypadku próby grawerowania bardzo małych czcionek. Dlatego podczas wykonywania badań przeprowadzono szereg doświadczeń, które miały na celu zoptymalizowanie tego parametru. Dzięki temu udało się uzyskać stożek, który pozwala na uzyskanie o wiele lepszych rezultatów. Obecnie wszystkie pieczątki produkowane przez firmę Colop Printy Poland wykorzystują stożek zaprojektowany podczas wykonywania pracy dyplomowej.

Suwakami ustalamy, jaki procent mocy maksymalnej zostanie użyty podczas uderzeń lasera (1% - 100%). Liczby pod wartościami procentowymi to odległości w milsach.

1mils = 0,001'= 25 ľm

Ustawiając wartość PPI (point per inch) na 1000 laser będzie uderzał, co 25 ľm czyli co 1 milsa. Laser zbliżając się do krawędzi litery zacznie emitować moc odpowiednio: 1% na odległości 1 milsa, następnie 10% przez 2 milsy, 45% przez 2 milsy itd.

Na koniec prezetujemy przykładowe prace, wykonane z wykorzystaniem opracowanego stożka oraz zdefiniowanym programowo, sami Państwo zauważą poprawę jakość graweru oraz odbicia.