激光雕刻產(chǎn)品的設計與制作

激光雕刻產(chǎn)品的設計與制作 成都理工大學工程技術學院2012 l水晶內(nèi)雕是以激光機將一定波長的激光打入水晶內(nèi)部，令水晶內(nèi)部的特定部位發(fā)生細微的爆裂形成氣泡，從而勾勒出預置形狀的一種水晶加工工藝，也泛指以這種工藝加工出來的水晶工藝品。 激光內(nèi)雕原理 l雕刻本是一門古老的藝術，一般雕刻工藝都是從外刻起，從材料外部雕出所希望的形狀，而激光卻可以像孫悟空一樣“深入腹地”去施展手腳。仔細察看，這些玻璃、水晶制品周圍全然沒有供“刻刀”進出的開口，就這一點而言，激光比孫悟空還要高明，孫猴子往人家肚子里鉆時也要有縫隙才行呢！l激光雕刻原理其實也很簡單。激光要能雕刻玻璃，它的能量密度必須大于使玻璃破壞的某一臨界值，或稱閾值，而激光在某處的能量密度與它在該點光斑的大小有關，同一束激光，光斑越小的地方產(chǎn)生的能量密度越大。這樣，通過適當聚焦，可以使激光的能量密度在進入玻璃及到達加工區(qū)之前低于玻璃的破壞閾值，而在希望加工的區(qū)域則超過這一臨界值，激光在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生脈沖，其能量能夠在瞬間使水晶受熱破裂，從而產(chǎn)生極小的白點，在玻璃內(nèi)部雕出預定的形狀，而玻璃或水晶的其余部分則保持原樣完好無損。其實這也就是激光內(nèi)雕輔助成像技術。隨著技術的發(fā)展，彩色內(nèi)雕也有望實現(xiàn)了。 l激光內(nèi)雕的原理是光的干涉現(xiàn)象。將兩束激光從不同的角度射入透明物體（如玻璃、水晶等），準確地交匯在一個點上。由于兩束激光在交點上發(fā)生干涉和抵消，其能量由光能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，放出大量熱量，將該點融化形成微小的空洞。由機器準確地控制兩束激光在不同位置上交匯，制造出大量微小的空洞，最后這些空洞就形成了所需要的圖案，這就是激光內(nèi)雕的原理。 l在激光內(nèi)雕時，不用擔心射入的激光會融掉一直線上的物質(zhì)，因為激光在穿過透明物體時維持光能形式，不會產(chǎn)生多余熱量，只有在干涉點處才會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能并融化物質(zhì)。 l水晶立光機內(nèi)雕刻出來的作品在色彩上變得更為豐富是必然的。利用水晶玻璃工藝品的內(nèi)雕部分對光線具有較強的反射、折射作用，而空白部分對光線具有較好的通透性能的光學原理，由微控制電路按照三基色調(diào)色板原理，分別控制幾種色彩的燈，在“內(nèi)雕”圖像上混色，變化出多種絢麗的色彩，從而使原本白色的內(nèi)雕圖像呈現(xiàn)出五彩繽紛、光彩奪目的效果。 本節(jié)小結(jié)l 1 激光內(nèi)雕的原理l 2 激光內(nèi)雕的實際操作 激光切割機操作 成都理工大學工程技術學院激光內(nèi)雕機是深圳大族激光有限公司生產(chǎn)的HANS LASER PHANTOM I系列綠激光水晶內(nèi)雕機，它采用半導體側(cè)面泵浦固體激光器并經(jīng)過倍頻后產(chǎn)生的綠光和本公司自行研制開發(fā)的控制軟件，是集激光技術、精密機械、電子技術、計算機等學科于一體的高新技術產(chǎn)品。具有雕刻速度快、雕刻的圖像細膩逼真、穩(wěn)定性好、無污染、噪音低等優(yōu)點，控制軟件采用流行的WINDOWS界面，簡潔明了，易于掌握。 l由激光器輸出波長為532nm的激光束經(jīng)擴束鏡擴束后，再射到方頭里振鏡掃描器的反射鏡上， 振鏡掃描器在計算機控制下高速擺動，使激光束在平面X、Y兩維方向上進行掃描形成平面圖像，而三維圖像是靠振鏡及工作臺的聯(lián)合動作實現(xiàn)的。通過鏡頭將激光束聚焦在加工物體的表面或內(nèi)部形成一個個微細的、高能量密度的光斑，每一個高能量的激光脈沖瞬間就在物體表面燒蝕形成雕刻。經(jīng)過計算機控制連續(xù)不斷的重復這一過程， 預先設計好的字符、圖形等內(nèi)容就永久地蝕刻在物體表面或內(nèi)部。l主控箱的作用是控制整臺設備的運行，包括對激光電源、X、Y振鏡驅(qū)動器、冷卻系統(tǒng)等部件的控制。給激光器提供電源，電源的電流是通過專用智能恒流模塊來實施控制的。智能恒流模塊根據(jù)給定值確定輸出電流的大小， 同時根據(jù)電流傳感器反饋的實際電流值和實際電流的上升斜率來快速調(diào)節(jié)功率元器件的輸出電流，實現(xiàn)高速、精密的電流閉環(huán)控制。 l主控箱面板上有電流顯示、電流調(diào)節(jié)旋鈕、總啟動按鈕、激光器電源開關、振鏡驅(qū)動器電源開關、聲光Q驅(qū)動器開關、鑰匙開關、急停開關、空氣開關、報警指示燈等。l電流顯示 (CURRENT)l面板上的三位半數(shù)顯表顯示的是電源實際輸出電流值。l電流調(diào)節(jié)旋鈕，順時針轉(zhuǎn)動為加大電流輸出， 逆時針則減小電流輸出。l總啟動按鈕 (START)l總啟動按鈕亮時，表示內(nèi)部電路自檢正常， 允許設備啟動，否則設備無法啟動l電源運行指示燈 (LASER ON)l電源運行指示燈亮時，表示控制電路正常， 允許設備輸出電流。如設備在運行時，系統(tǒng)出現(xiàn)報警，則該燈熄滅，同時設備停止對外輸出電流 l電源關指示燈 (LASER OFF)l電源“關”指示燈亮時，表示電源未打開，不能出激光。當電源打開時，電源“關”指示燈熄滅。 l聲光Q驅(qū)動器開關 ( Q ON/OFF) l按動開關，可接通或斷開聲光Q開關驅(qū)動器的電源，燈亮表示開，燈滅表示關l振鏡驅(qū)動器電源開關有( SCAN ON/OFF)l振鏡電源開關l急停開關 (EMERGENCY)l當發(fā)生異常情況時，請迅速按下急停開關，系統(tǒng)失電進入關機狀態(tài)，如果再次開機，請把急停開關扭出來。任何時候按動此按鈕，整機停止工作。l鑰匙開關 (LOCK) l鑰匙開關處于 “ON”位置時，表示整機可以啟動，鑰匙開關處于 “OFF”位置時，表示整機不可以啟動 l空氣開關 (POWER)l空氣開關為電源總開關，打開空氣開關，整機才處于啟動等待狀態(tài)。 l 2、硬件操作程序l激光內(nèi)雕機的硬件操作人員必須經(jīng)過嚴格的培訓，并且應嚴格按以下步驟操作。l開機程序l（1）接通外供電電源。l（2）打開空氣開關；l（3）扭動鑰匙開關，按下“START”鍵，冷水機開始工作； l（4）打開電腦及顯示器電源，進入HANS LASER 內(nèi)雕軟件。l（5）從HANS LASER 內(nèi)雕軟件里導出一個文件，設定好參數(shù)空打標一次；l（6）按下“LASER ON”鍵，電流表顯示當前電流值；（注：為了保護半導體激光器，要求需等冷水機工作三分鐘后再按下“LASER ON”開關） l（7）按下“Q”鍵打開Q驅(qū)，將電流調(diào)到可以內(nèi)雕的電流值； l（8）按下“SCAN”鍵給振鏡上電，確定打標焦點；l（9）報警指示燈沒有報警，一切正常即可進行內(nèi)雕。 l關機程序l（1）將泵浦電流調(diào)至最低后按下“LASER OFF”鍵關閉激光器電源：l（2）按下“SCAN”開關，關閉振鏡驅(qū)動器的電源；l（3）按下“Q”開關，關閉Q驅(qū)電源；l（4）退出HANS LASER 打標軟件，將計算機返回到初始操作系統(tǒng)，關閉電腦、顯示器電源；l（5）為保護半導體激光器，需等待3分鐘后，方可關閉鑰匙開關、關掉冷水機和空氣開關；l（6）切斷外供電電源。 l 3、軟件操作l軟件組成及功能簡介l組成：l該軟件系統(tǒng)主要由兩部分組成：三維圖形處理軟件和圖形內(nèi)雕軟件。l功能簡介：l三維圖形處理軟件可以導入DXF ，BMP，JPG，GIF等格式的三維圖，然后進行處理，轉(zhuǎn)化成內(nèi)雕數(shù)據(jù)-點云。l圖形內(nèi)雕軟件根據(jù)三維圖形處理軟件轉(zhuǎn)化成的圖形數(shù)據(jù)進行內(nèi)雕，也可以使用 BMP 等平面圖內(nèi)雕，并且可以對一些主要的系統(tǒng)參數(shù)進行設置。如：工作臺參數(shù)、圖層參數(shù)、內(nèi)雕參數(shù)等。