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新一代激光模切技术满足实际应用 |
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作者：Spartanics |
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激光模切，又名数字模切，既利用高功率激光将激光光束路径上的材料蒸发掉。激光束的开和关，以及激光束的路径都与产品图形的裁切要求一一对应。 由于被切割的部分被蒸发掉了，因此，对于剔除细小碎片所需的手工的或方式复杂的排废都可以被省去了。
自80年代起首次被运用以来，有关激光模切技术的基本概念没有改变。 然而，新近的激光模切技术的发展，特别是那些复杂的激光模切控制的软件开发，使得人们对激光模切的期待有了显着改善。今天由较便宜的组件组成且成本较低的激光模切系统，其功能已远远优于几年前设计且造价昂贵的系统。在高端产品中，最新的激光模切系统能以更宽泛的材料适用性和更严格的公差控制，稳定地进行更为错综复杂的模切工作。
针对这些颇富挑战性的要求，在激光模切技术上的投资，已成为一种对能够满足实际需求的最佳设备的选择。但是，现有市场上仍然可以看到有些激光模切系统在质量和产能方面有所妥协，而对先进激光模切技术来说，这些妥协是不能接受的。
另一方面，对于一些要求简单的应用，通常由低成本激光模切系统完成，因为其功率和功能都足以满足手边的工作。 本文将讨论如何使得新一代的激光模切系统满足实际应用之需，并分析激光模切系统的各种功能在质量和产出方面是如何体现的。正如第1张表——激光模切技术对比表，所总结的内容。 
在激光模切和模具模切系统中选择
挑选合适的激光模切技术的第一步，先要确定激光模切的能力是否符合加工的需要。与模具式模切系统相比，激光模切有很多优点。这些优势主要得益于激光模切没有模具。因为没有模具，因此就不存在模具成本，而且不用花费模具制造的时间。这是为什么将激光模切用于快速的打样的主要原因。激光模切系统被称为的数字模切，是因为可以采取任何矢量数字图像，将其导入到操作软件中，并设立一个工作活件。目前一流的激光模切系统，采用数字图像输入，只需要几分钟的时间就能够完成活件设立。“数字模切”与激光模切是可以互换的概念，共同代表无模具模切系统所具有的优势。尤其是与数字印刷配套使用时，从原稿到成品的加工，只需几分钟，甚至更短既可以完成。
对于机械模切，由于其切割模具的边缘与材料间的物理接触，总会产生固有的局限性。 而激光模切则克服了这些局限性，从而能切割很多模具模切很难或无法完成的材料。 例如：激光模切很容易切割粘性材料，因为采用机械模切时，粘性材料容易被粘连。 同样，在切割薄的材料方面，无模具的激光模切系统也具有很大优势。切割薄的材料时，沉重的模具与脆弱的材料之间相互作用，会产生物理上的限制，而激光套准切割则没有这种限制。 另外，激光模切可以很好的处理研磨性材料。这种情况下，机械模切的模切刀会被磨损，并需要经常更换，因此成本往往很高。而无模具的激光模切系统则克服了这一问题。
相对更便捷的加工性也是激光模切明显的优势。 激光模切可以胜任打孔，打虚线，半切，连续编号，折痕，个性化等一系列特殊加工。运用高级软件来精确控制激光切割光束的运行，是当今激光模切技术的一大特点。 事实上，激光模切系统的唯一缺陷在于其激光束的宽度—例如，最先进的切割系统中，在200毫米X200毫米或大一些的范围内，最好系统的激光束可以小到210微米。 但实际上这不仅仅是激光模切所面临的挑战，其他任何模具模切系统同样都很难实现小于30度转角的精确切割。另外，激光模切省略了机械排废的步骤，而对模具模切而言，这却是最基本的需求。 
图2，激光模切标签
和任何技术一样，激光模切也存在局限性，但对于这些局限性，存着一定的误解。 有人认为激光模切仅适合做打样工具，无法达到产品批量生产的要求。 对许多应用，与占主导地位的平版模切机，圆压圆模切，光电套准平压机、冲压机比较起来，早期的激光模切的确是慢了一些。 但实际上，现代激光模切设备都被用来进行完整的生产。需要注意的一点是，目前的激光模切系统大都使用检流计型激光，随着镜头角度调整，激光扫过整个原稿件，而设置的完成只需几分钟。相对于通过几何XY构架的滑块来移动整个激光束，或移动材料来进行模切，这种仅仅移动激光束的检流计机械系统要快的多。而更先进的检流技术通过细微的软件调整，将大多数操作精确到万分之一秒，从而将速度提高到更新的水平。激光瓦数越高，切割时的速度越快。5年之前或更早，200瓦或者400瓦的激光模切很贵，而现在价格则很有竞争性。这些新激光也可以生成高质量的激光束，确保高速运行时的切割质量。 综合这些在速度上的提升，使今天激光模切的应用远远超过打样的作用，被充分用于生产而无任何瓶颈。 
图3，激光模切的多种应用
另一种对激光模切的误解是认为激光模切是危险的操作，因为在工作区有燃烧带来的安全风险。相对模具模切系统来讲，激光模切系统在很多方面是更好的选择。在初次安装激光模切系统时，如工人未戴安全镜，需小心注意光束的泄露给工作环境带来的危害。而使用模具模切系统时，如操作不当，则始终会存着给工人带来严重伤害的隐患。尽管这种情况很少发生，但却是灾难性的。模具的损坏开支也是很普遍的，例如，当机师把一个小螺丝忘在切割区内时，最终有可能损坏客户的模具。
通常认为激光模切不能处理所有材料。然而，这个界限随着激光技术的改进在不断改变。 例如，激光技术常常无法处理聚碳酸脂材料，因为在切割这种材料时，激光会在材料上留下难看的带有深棕色的变色边缘。 对于比较厚的聚碳材料也会发生。许多人仍然认为PVC材与激光模切技术不匹配，其实这个观点已经过时了。只要在设备上添加必要的组件，确保靠近激光束附件的部件不受切割PVC时产生的腐蚀性影响，同时，配备保护操作人员的有毒烟气过滤装置，切割PVC材料还是有可能的。
激光模切技术的真正缺点，也是很多公司将激光模切机与一套或几套模具模切系统同时使用的原因，即相对于一些机械模切更胜任的长订单加工来说，激光模切性价比相对比较低。如果活件的几何图形易于模具加工，如果材料不是很薄或很黏，或者无磨损性，或者不会对模具造成不良影响，特别是相对长期运行的活件，且模切成本可以被忽略的时侯，模具模切（平版冲压，圆压圆模切，光电控间隙冲压技术）常常会做得更好。
质量和‘柔性标点’标准
几年前设计的激光模切系统很难应对复杂图案的切割，尤其是对于那些带很多尖角的图案。这些技术陈旧的激光模切机，在整个切割开启和停止过程中，经常会出现烧穿和穿孔现象。
例如：图4表明简易激光模切很难实现尖角切割。在尖角处能看到黑色烧穿标记，可以看出激光在那一点停留很长时间。如同汽车拐弯需要减速，而激光束在此减速，恰恰造成该点的烧穿。
图5所示，激光模切中出现了相反的问题，为了避免图4中烧穿现象，提高了激光束移动速度。然而，这个增速的控制显然不够好，不但没有达到原图所要求形成尖角，结果反而变圆，此时尖角处的激光切割速度过快。
新一代的激光模切在软件技术上的提高，克服了从前的缺陷。‘柔性标点’可以使激光束的移动与几何图形更好同步，在整个切割次序中严密控制，避免烧穿并完成尖角的切割，效果正如图6和图7中所示。由于从初始点上移动激光头时间较长，旧系统常常在切割初始留下针孔（激光反射镜引导激光束）。而先进的模切系统可以切割出更好的边缘，切割初始不留针孔，在尖角转弯处也无烧穿。这并不只是因为运用了更好的激光，还在于控制激光移动的反光镜采用了更高级的软件算法。对实现激光模切软件系统控制来说，‘柔性标点’不仅是激光模切控制软件所取得的进步，也说明只有那些在软件研发上有足够投入的制造商，才能开发出可以满足大部分应用之需求的所无缺陷的‘柔性标点’技术。
举例说明模切速度如何影响质量，请见8，9，10和11图所演示的小折叠盒的模切过程。在图8中，激光输出频率很低，10kHz。激光的每次脉冲，只形成一些模切的点，而不是原图所期望的连成线。而图9所示，激光的移动没有针对图形进行优化，切割速度非常快。而切割速度过快，激光扫描头的镜面移动无法与原图几何同步，结果则不精确。本来应该是尖角却变圆了。如您所见，图中便是简易激光模切系统的效果，软件无法对大量的激光头的移动加以适当的控制，当切割速度成倍增速时，这个问题更严重。请见图示10。相反当激光模切系统能够与切割速度匹配，激光开启和关闭被相应地优化，质量则有很大的改善，如图11所示。这里激光模切软件被用来实现切割的优化处理。目前高质量的激光模切机的特征，不仅表现为更好的切割边缘，而且可以持续精确控制切割运行。例如，早期的激光模切设备在材料通过系统过程中，无法补偿在工作区内材料的旋转。目前高端系统不仅采用高分辨率的摄像头，并能将摄像头信息与软件整合来控制模切。就是说摄像头确定所有XY值，通过与控制软件相互通讯，激光做出相应调整，如果激光模切设备没有将摄像头的信息整合到控制系统，那么激光模切将很难进行修正。目前高水准激光模切技术的精髓是将一个组件（摄像头）与另一个组件（扫描头）的通讯非常紧密地整合在一起。 
激光源本身的质量也有可能对切割效果造成影响，如果控制软件采用更先进的算法，更好地实现小光束激光的精确移动，则出色的更小的激光束（210微米）可以完成较易碎品的切割。高质量的激光与高质量的控制软件相结合可避免生产过热，因此适合于标签的应用。因为，过热会导致粘性材料融化而粘接到离型纸上，使其在后续的加工中很难将标签自动从离型纸上脱离开。
系统所使用激光灯管类型——开放式或封闭式，也会影响激光束的控制及切割的效果。尽管开放式采用无封闭激光，质量较有优势，但却很少被应用。开放式激光有几个本质性的问题。二氧化碳是激光灯管中常见气体，混合着一定比例的氦，氮和氢。这些混合气体的不同比例影响激光功率，而这个比例取决于开放式灯管的设计，开发灯管设计需要经常更换二氧化碳气罐。因此，几乎无法维持一致的比例设置。因为从一个二氧化碳气罐换成另外一个时，几乎每种气体的比例都是不同的。而这些比例的改变直接影响激光功率和其切割效果。为实现相同效果的切割质量，每当更换气罐时，操作者都会因为调整所累。尽管如此，也难免出现偏差。相反封闭的激光灯管则不会改变气体的比例，仅仅在运行一万个小时后做出更换。因此，更有利于模切的控制，并获得的持续结果。
切割速度和料卷速度
新一代的激光模切系统之所以速度更快是多种原因的促成的。首先是高功率激光的出现，可以承担更快的切割速度，比如当今大多数使用者都倾向于使用200瓦的系统。其次，新一代的高级激光系统都采用了更复杂的软件，可以使每次切割操作精确到万分之一秒。第三点，在材料速度更快的情况下，目前的切割系统可以优化切割次序，这也是目前高质量的激光系统速度更快的最重要的因素。
如今高级的激光模切设备运用了非常精确的软件算法，对材料速度进行优化，同时提供了难以置信工作能力，可以完成长度超过工作区一半的活件。过时的激光模切系统只能优化切割速度，而非材料速度，因此，图像的尺寸只能限于工作区的一半之内。优化材料速度的算法还会将两个图像合并时所带来的过度切割及质量上的问题减少90%。这一切在新一代高级的激光模切设备上是自动处理的，而在过时的机型上需要操作者手工完成切割次序再设置，以避免在原稿上出现过量（重复）切割。
Spartanics（www.spartanics.com）公司开发并制造了一系列全自动激光模切设备，模切机，丝网印刷设备,卡冲切设备，计数器和卡印刷表面检测设备，广泛用于全球的标签行业，包装行业，印刷行业卡制造业，以及其他片材加工行业。Spartanicsgs 公司总部位于美国芝加哥，并在全球设有销售网络。在欧洲设有备件和服务中心。info@spartanics.com(end)
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(投稿)
(4/2/2010) |
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