Kysymys kannattaa kääntää toisin päin. Laserilla voi kaivertaa lähes mitä tahansa — olennaista on, millä laserilla, kuinka nopeasti ja minkälaisella lopputuloksella. Sama kone, joka kaivertaa työkaluterästä moitteettomasti, ei välttämättä tee kirkkaalle lasille yhtään mitään.
Materiaalin ja laserlähteen yhteensopivuus on siksi konevalinnan tärkein yksittäinen kysymys. Käydään läpi, mikä siihen vaikuttaa ja miten yleisimmät materiaaliryhmät käyttäytyvät.
Kolme asiaa ratkaisee lopputuloksen
Absorptio: Materiaalin on imettävä lasersäteen aallonpituutta. Jos säde heijastuu tai menee materiaalin läpi, energia ei siirry kappaleeseen eikä mitään tapahdu. Tämä on syy siihen, miksi eri materiaaleille käytetään eri laserlähteitä.
Lämmönjohtavuus: Hyvin lämpöä johtava materiaali vie energian pois työstökohdasta ennen kuin se ehtii höyrystyä. Kupari ja alumiini kuuluvat tähän ryhmään, ja se näkyy suoraan tarvittavassa tehossa.
Sulamis- ja höyrystymispiste: Määrää, kuinka paljon energiaa materiaalikuutiota kohden tarvitaan. Korkea sulamispiste ei ole este, se on aikakysymys.
Näiden lisäksi vaikuttavat pinnan kunto ja väri. Karhea ja tumma pinta imee energiaa paremmin kuin peilikirkas ja vaalea.
Metallit
Metallit ovat laserkaiverruksen pääkäyttöalue, ja valtaosa niistä työstetään kuitulaserilla.
Teräkset ja ruostumaton teräs: Käyttäytyvät ennustettavasti ja hyvin. Näihin tehdään sekä hienot pintakuviot että useiden millimetrien syvyiset reliefit.
Karkaistu työkaluteräs: Toimii erinomaisesti, eikä kovuus haittaa. Päinvastoin: kappale kannattaa usein karkaista ennen kaiverrusta, jolloin lämpökäsittely ei enää muuta valmista geometriaa.
Kovametalli: Kova, hankalasti lastuttava ja laserille otollinen. Juuri tässä laserkaiverrus korvaa menetelmiä, jotka ovat hitaita tai mahdottomia — esimerkiksi lastunmurtajien geometriat kääntöteriin.
Alumiini: Johtaa lämpöä hyvin ja vaatii siksi enemmän tehoa syvyyteen. Anodisoitu alumiini on oma tapauksensa: ohut anodisointikerros poistuu vähällä energialla, jolloin syntyy tarkka vaalea merkintä — se on kuitenkin merkkausta, ei kaiverrusta.
Messinki ja kupari: Kupari heijastaa kuitulaserin aallonpituutta voimakkaasti, mikä tekee siitä hankalimman yleisistä metalleista. Vihreä aallonpituus tai lyhytpulssinen laser auttaa. Messinki on selvästi helpompi ja on klassinen kaiverrusmateriaali.
Titaani: Kaivertuu hyvin ja on yleinen lääkinnällisissä laitteissa, joissa kosketuksettomuus ja jäänteetön pinta ovat vaatimuksia.
Jalometallit: Kulta, hopea ja platina heijastavat paljon, mutta pienet kappaleet ja hienot yksityiskohdat tehdään yleensä lyhytpulssisilla lasereilla, jolloin heijastavuus on hallittavissa.
Pinnoitetut ja päällystetyt materiaalit
Maalatut, jauhemaalatut, kromatut ja anodisoidut pinnat käyttäytyvät kerroksellisesti: laser poistaa pintakerroksen ja paljastaa alla olevan materiaalin. Tämä antaa erittäin tarkan kontrastin pienellä energialla.
Ero kaiverrukseen on syytä pitää mielessä. Kerroksen poisto on nopeaa ja siistiä, mutta merkintä kestää täsmälleen niin kauan kuin alla oleva materiaali kestää. Jos merkinnän pitää selvitä kulutuksesta ja korroosiosta vuosia, tarvitaan syvennys pinnan alle.
Muovit
Muovit kaivertuvat, mutta hajonta materiaalien välillä on suurempi kuin metalleilla. Sama nimike eri valmistajalta voi käyttäytyä eri tavalla, koska lopputulokseen vaikuttavat lisäaineet, väripigmentit ja täyteaineet enemmän kuin muovin perustyyppi.
Akryyli, ABS, polykarbonaatti, POM ja tekniset muovit kuten PEEK ovat yleisiä kaiverruskohteita. Osa muoveista vaahtoaa, osa tummuu, osa höyrystyy siististi — ja juuri siksi uusi materiaali kannattaa aina koeajaa ennen tuotantoa.
PVC ei kuulu laserin alle.Kloorattujen muovien, kuten PVC:n, työstössä vapautuu suolahappoa. Se on terveydelle vaarallista ja syövyttää koneen optiikkaa ja mekaniikkaa. Tämä on ehdoton rajaus, ei suositus. Myös muiden muovien kohdalla riittävä kohdepoisto ja suodatus ovat perusvaatimus.
Lasi ja keramiikka
Lasi ja keramiikka ovat hauraita, mikä tekee niistä vaativia. Liika lämpö aiheuttaa mikrohalkeamia, jotka näkyvät lopputuloksessa ja heikentävät kappaletta.
Käytännössä lasiin tehdään useimmiten pintamerkintää, ei syvää kaiverrusta. Kirkas lasi ei imе kuitulaserin aallonpituutta juuri lainkaan, joten siihen käytetään CO2- tai UV-laseria. Tekniset keramiikat ja safiiri työstetään lyhytpulssisilla lasereilla, jolloin lämpövaikutus jää minimiin.
Puu, nahka, paperi ja tekstiili
Orgaaniset materiaalit imevät CO2-laserin pitkää aallonpituutta erinomaisesti, ja niitä työstetään lähes yksinomaan sillä. Puussa jälki syntyy hiiltymällä, jolloin tulos riippuu voimakkaasti puulajista ja vuosirenkaiden tiheydestä.
Teollisessa tarkkuustyöstössä nämä materiaalit ovat harvinaisia, mutta ne ovat syy siihen, miksi CO2-koneita on paljon liikkeellä — ja miksi väärän konetyypin ostaminen metallikäyttöön on yleinen virhe.
Komposiitit
Hiili- ja lasikuitulujitteiset muovit koostuvat aineista, jotka reagoivat laseriin eri tavalla: hartsi höyrystyy huomattavasti matalammalla energialla kuin kuitu. Tämä näkyy reunassa hartsin vetäytymisenä, ellei prosessia hallita.
Ratkaisu on lyhyt vaikutusaika: nopea skanneriliike ja useampi ajokerta saman ääriviivan yli, jolloin lämpövyöhyke pysyy kapeana.
Aallonpituus ratkaisee, mikä toimii
| Laserlähde | Sopii erityisesti | Ei sovi |
|---|---|---|
| Kuitulaser (n. 1 µm) | Metallit, kovametalli, osa muoveista | Kirkas lasi, orgaaniset materiaalit |
| CO2 (n. 10 µm) | Puu, akryyli, nahka, paperi, lasin merkintä | Paljaat metallit |
| Vihreä (n. 532 nm) | Kupari, jalometallit, heijastavat pinnat | — |
| UV (n. 355 nm) | Muovit, lasi, keramiikka, lämpöherkät kappaleet | Suuret materiaalinpoistot |
| Femtosekunti | Mikrokaiverrus, hauraat ja lämpöherkät materiaalit | Nopeat massapoistot |
Tästä seuraa konevalinnan tärkein käytännön ohje: määrittele koko materiaalikirjo ennen hankintaa. Jos tuotannossa on sekä metallia että kirkasta lasia, yksi laserlähde ei kata molempia.
Milloin laserkaiverrus ei ole oikea menetelmä?
- Kun materiaalinpoisto on suurta ja muoto yksinkertainen — lastuava työstö on nopeampi.
- Kun kaviteetti on syvä ja jyrkkäseinäinen — kipinätyöstö hoitaa sen paremmin.
- Kun kappale ei kestä lämpöä lainkaan ja mittatarkkuus on mikrometriluokkaa — tällöin kannattaa katsoa sähkökemiallista tarkkuuskoneistamista.
Epäselvä materiaali? Koeajo kertoo
Materiaalitaulukot antavat suunnan, mutta lopullisen vastauksen antaa koeajo oikealla kappaleella ja oikealla materiaalierällä. Se on myös nopein tapa selvittää, kuinka kauan työ vie ja mitä se maksaa kappaletta kohden.
Scalar auttaa arvioimaan, mikä laserlähde ja kokoluokka teidän materiaaleillenne sopii. Ota yhteyttä ja kerro, mitä kaiverretaan — katsotaan yhdessä, mikä on järkevin ratkaisu.
Usein kysytyt kysymykset
Voiko kaikkia metalleja kaivertaa samalla koneella?
Valtaosaa kyllä. Kupari ja jalometallit ovat poikkeus heijastavuutensa takia ja voivat vaatia eri aallonpituuden.
Miksi sama muovi käyttäytyy eri tavalla eri toimittajalta?
Lisäaineet, pigmentit ja täyteaineet vaikuttavat lopputulokseen enemmän kuin muovin perustyyppi. Materiaalitoimittajan vaihtuessa parametrit kannattaa tarkistaa.
Tarvitaanko kohdepoisto?
Kyllä. Kaiverruksessa syntyy hiukkasia ja höyryjä, ja teollisessa käytössä poisto ja suodatus kuuluvat kokonaisuuteen.
Voiko kaivertaa maalatun pinnan läpi?
Voi. Pinnoitteen poisto on nopeaa ja tarkkaa, mutta merkintä kestää vain niin kauan kuin alla oleva materiaali.