Αυτοματοποιημένη διάταξη για επιφανειακή κατεργασία υλικών με Laser.

Abstract

Η διαδικασία χάραξης με τη χρήση δέσμης Laser, έχει τα τελευταία χρόνια, εξελιχθεί με μεγάλο βαθμό, με αποτέλεσμα να αναπτυχθούν τεχνικές χάραξης για ένα εύρος επιφανειών και υλικών. Η δέσμη Laser χρησιμοποιεί την μεγάλη θερμότητα που προσδίδει στο υλικό, ώστε να κάψει και να εξαχνώσει τα τμήματα του υλικού που πρέπει να αφαιρεθούν. Η ενέργεια που μεταφέρεται στο υλικό με την μορφή θερμότητας μπορεί να μεταβάλλεται, αλλάζοντας το χρόνο αλληλεπίδρασης μεταξύ υλικού και δέσμης, καθώς και την ισχύ της δέσμης. Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η κατασκευή μίας αυτοματοποιημένης διάταξης για επιφανειακή κατεργασία υλικών με Laser. Πρόκειται δηλαδή για μία μηχανή χάραξης με Laser. H κατασκευή αυτή έχει τη δυνατότητα να δημιουργεί οποιαδήποτε σχήματα ή γράμματα πάνω σε επιφάνειες με τη χρήση ενός διοδικού Laser ισχύος 3.500mW και μήκους κύματος εκπομπής 450nm. Για την επίτευξη σχεδιασμού διαφόρων σχημάτων, χρησιμοποιείται ειδικό λογισμικό που μετατρέπει το επιθυμητό προς σχεδίαση σχήμα σε κώδικα μηχανής (g-code) το οποίο στη συνέχεια με άλλο λογισμικό στέλνεται στον μικροεπεξεργαστή ο οποίος ρυθμίζει τη συνδυαστική κίνηση των κινητήρων και την ενεργοποίηση – απενεργοποίηση το Laser. Η διάταξη των εξαρτημάτων είναι τέτοια ώστε να μετακινείται το Laser στον άξονα Χ σε ένα εύρος 20,5cm ενώ η τράπεζα μετακινείται στον άξονα Υ σε ένα εύρως 17cm δίνοντας έτσι στο Laser τη δυνατότητα να σχεδιάζει πάνω σε επιφάνειες διαστάσεων 20,5 Χ 17cm οποιοδήποτε σχέδιο μέσω ειδικού λογισμικού. Στο πρώτο κομμάτι της εργασίας υπάρχουν γενικά στοιχεία για τις μηχανές χάραξης με Laser (Laser engraver) και στοιχειώδη ανάλυση των κύριων τμημάτων που απαρτίζουν τη κατασκευή δηλαδή το Laser, τους βηματικούς κινητήρες και τον ελεγκτή, ενώ γίνεται και αναφορά και σε διατάξεις που υπάρχουν για λόγους ασφαλείας στη κατασκευή. Στη συνέχεια αναλύεται η κατασκευή του μηχανολογικού μέρους της κατασκευής καθώς επίσης και οι ρυθμίσεις του ελεγκτή ενώ στο τέλος πραγματοποιούνται δοκιμές χάραξης δε διάφορα υλικά με τα ανάλογα συμπεράσματα.

The process of engraving using a laser beam has, in recent years, evolved greatly, resulting in the development of engraving techniques for a range of surfaces and materials. The laser beam uses the high heat it imparts to the material to burn and sublimate the parts of the material to be removed. The energy transferred to the material in the form of heat can be varied by changing the interaction time between the material and the beam, as well as the power of the beam. The purpose of this thesis is the construction of an automated device for Laser surface treatment of materials. In other words, it is a Laser engraving machine. This device has the ability to create any shapes or letters on surfaces using a diode Laser with a power of 3,500mW and an emission wavelength of 450nm. To achieve the design of various shapes, special software is used that converts the desired shape to be designed into a machine code (g-code) which is then sent with other software to the microprocessor which regulates the combined movement of the motors and the activation - deactivation of the Laser. The arrangement of the parts is such that the Laser moves on the X-axis in a range of 20.5cm while the table moves on the Y-axis in a range of 17cm, thus giving the Laser the ability to draw any design on surfaces measuring 20.5 X 17cm through special software. In the first part of the work, there are general information about Laser engraving machines (Laser engraver) and an elementary analysis of the main parts that make up the setup, i.e. the Laser, the stepper motors and the controller, while reference is also made to provisions that exist for safety reasons. Then the construction of the mechanical part of the device is analyzed as well as the settings of the controller, while at the end etching tests are carried out and various materials with the corresponding conclusions.