«Секреты лазерного станка для резки и гравировки»

Муниципальный тур окружного конкурса творческих работ учащихся

 «Интеллект.  Творчество. Фантазия».

Секция: научно-техническое творчество

 Научно-исследовательская работа

по теме:

«Секреты лазерного станка для резки и гравировки»

Работу выполнили:

Хайбрахманова Альбина

ученица 9А класса

Макридин Роман

ученик 10 класса

ГБОУ СОШ с.Камышла

 Руководители: учитель технологии

Пупкова Альфия Нигматовна,

Шайдуллина Альбина Рамилевна

с.Камышла

2021г

Содержание

1. Обоснование проблемы.

2. Анализ исторических прототипов и современных аналогов

История возникновение лазерного станка.

3. Анализ возможных идей. Выбор оптимальных идей.

4. Предварительные экономические расчеты.

5. Экологическая оценка будущего изделия.

6. Техника безопасности.

7.Технологическая карта.

8.Оценка готового изделия.

9.Экономические расчеты.

10. Вывод

11. Список литературы

Обоснование проблемы

     На протяжении всей истории существования человека он пытается совершенствовать мир вокруг себя, чтобы улучшить жизнь, сделать ее проще и комфортнее. Совсем недавно персональный компьютер считался чем-то сверхъестественным. И вот уже он стоит в каждом доме, и мы не представляем себе существования без него. Буквально 50 лет тому назад телефоны в наших домах назывались стационарными, потому что работали от провода, подключенного к электрической сети. Никто и представить не мог, что мы будем носить телефоны в карманах и не только звонить по ним, но и получать информацию из сети Интернет, слушать музыку, фотографировать, снимать видео –  и все это с помощью телефона. Фотоаппараты, видеокамеры, магнитофоны, часы, будильники – легли на полки. Век новых технологий каждый день дарит нам что-то интересное и необыкновенное. Сегодня мы можем позволить себе массу различных идей, так как имеем огромное возможности в любой сфере деятельности.

       Совсем недавно к нам в школу привезли лазерный станок. Про это чудо многие наслышаны. Но что это за станок? Какие функции он выполняет? Почему так часто говорят о его невероятных операциях? Мы думаем, что немногие смогут дать полный ответ на наши вопросы. Ведь это новые и малоизученные технологии, которые на данный момент вызывают огромный интерес у всех, кто слышал значение Лазерный станок.

    Проблема в том, что специалистов, которые смогли бы помочь разобраться в компьютерных технологиях лазерного станка в сельской местности, практически нет, и поэтому мы решили разработать проект, который поможет всем ребятам изучить функции станка, научится создавать изделия на станке, разрабатывать новые проекты.

       Актуальность проекта заключается в том, что лазерные станки – это новые технологии. За ними будущее. Чем раньше человек поймет и освоит уникальное и многофункциональное оборудование, тем больше шансов у него стать востребованным и успешным в обществе.

Объект исследования: лазерный станок для гравировки и резки.

Предмет исследования: новые технологии трудовой деятельности на лазерном станке.

Гипотеза: лазерный станок для гравировки и резки - это инновационный станок с бесконечным потенциалом для творческой деятельности.

Цель проекта: изучить принципы работы, существующие преимущества и недостатки лазерного станка для гравировки и резки, на основе изученного создать предметы искусства.

Задачи:

1.изучить историю возникновения лазерного станка;

2.изучить технологию изготовления именной линейки, подарочной коробки, именных шаров, брелоков;

3. рассмотреть виды именных линеек, подарочных коробок, именных шаров, брелоков;

4.подобрать фанеру, инструменты и материалы для работы.

Методы исследования:

- систематизация и анализ собранной информации;

- социологический опрос;

- метод использования Интернет – ресурсов.

Оригинальность  идеи в том, что лазерный станок для  резки и гравировки  – это совершенно новый, мало исследуемый станок в сфере декоративно-прикладного творчества, который открывает нам новые возможности и идеи.

Практическая значимость заключается в том, что разработанный проект позволит поделиться информацией с окружающими и дать им возможность попробовать свои силы в новых инновационных технологиях. Материалы и исследования могут найти применение на уроках информатики, технологии, ИЗО. Созданный проект может быть использован в дальнейших исследованиях по обозначенной проблеме.

Анализ исторических прототипов и современных аналогов.

История возникновение лазерного станка для резки и гравировки.

Лазерный гравер (Лазерно-гравировальный станок с ЧПУ) – уникальное и многофункциональное оборудование. Его основными задачами являются раскрой и гравировка (маркировка) материала. ЧПУ – числовое программное управление .  Достаточно задать программу, и машина сделает все сама. В большинстве случаев лазерный станок включает в себя два способа управления (ручной и механический).

   На заре своего появления лазер не имел ничего общего со своим современным родственником. Все началось с теории, которую выдвинул известный ученый-физик Альберт Эйнштейн. В 1916 году он выдвинул предположение о взаимодействии квантового излучения на материалы и изменение их свойств.

До 50-х годов создание лазера так и оставалось на стадии теорий. Но в середине 50-х годов советские ученые Н. Басов и А. Прохоров разработали квантовый генератор. Это был усилитель микроволн, работа которого основывалась на индуцированном излучении. Он работал на основе аммиака.

Это изобретение дало толчок американским ученым Ч. Таунсу и А. Шавлову в 1957 году начать работу над разработкой современного лазера.

Параллельно с американцами советские ученые создали резонатор, который состоял из двух зеркал, расположенных друг против друга.

На основе материалов советских и американских ученых группа разработчиков исследовательского центра компания Hughes сконструировала первый лазер с длиной волны 0,69 мкм.

 В конце 1960 года корпорация IBM показала миру инфракрасный лазер. Несмотря на то, что этот прибор был большим прорывом в этой сфере, практического значения он так и не приобрел. А все потому, что он работал при температуре жидкого водорода. Вместе с этим изобретением появилось еще одно - газовый лазер, который работал на смеси двух газов - неона и гелия. Именно этот прибор применяется и в наши дни. Его изобретателем стал Теодор Майман. Он тщательно изучил работы своих предшественников. Именно это позволило создать прибор, который стал важным технологическим прорывом в науке, производстве, медицине и других отраслях.

За несколько десятков лет ученые смогли поставить производство лазерных станков на высокий уровень. Появились специальные установки, которые предназначались для конкретных работ.

С использованием лазера промышленность, машиностроение, ювелирное дело и даже изготовление сувениров перешли на новый уровень. Эта новейшая технология делает производственные процессы максимально точными и позволяет внедрять абсолютно новые техники изготовления и декорирования продукции. Лазерная резка активно используется для обработки металлов, дерева, пластика, стекла и тканей.

Особой популярностью лазерные станки пользуются в ювелирном деле, при изготовлении оружия, компьютерной техники, изготовлении декора, а также в других сферах, где требуется высокая точность работы с мелкими деталями.

С использованием лазера промышленность, машиностроение, ювелирное дело и даже изготовление сувениров перешли на новый уровень. Эта новейшая технология делает производственные процессы максимально точными и позволяет внедрять абсолютно новые техники изготовления и декорирования продукции. Лазерные станки можно использовать в промышленности, в маленьких организациях, в домашних условиях.

Выбирают станки по мощности и по стоимости, например,

- настольный станок предназначен для работы дома или небольшой мастерской с маленькими заготовками. Мощность его доходит до 80 Вт, цена от 50000 рублей;

 - профессиональный станок используется в малом бизнесе при производстве дизайнерских украшений, гравировке, раскрое материалов. Мощность доходит  до 195 Вт, цена от 150000 рублей;

- промышленный станок используется на производственных линиях высокой мощности и пропускной способности с повышенными требованиями к качеству и точности работы. Мощность от 3000 Вт, цена от 450000 рублей.

Сегодня мы рассматриваем станок для лазерной резки фанеры и дерева (Zerden mini 6040). Основным компонентом станка является лазерная установка. Она формирует сконцентрированное излучение, которое воздействует на материал. Для этого применяются лазеры типа СО2. Полупроводниковые модели не обладают достаточной мощностью и могут быть использованы только для художественного выжигания.

Порядок выполнения фигурной лазерной резки фанеры

1.Создание рисунка. В зависимости от возможностей оборудования — это можно делать в электронном виде или самостоятельно нанести узор на поверхность.  

2. Выбор режима резки. Определяющим параметром является мощность лазера. Она зависит от толщины и структуры фанеры. Если превысить степень нагрева – будет увеличиваться ширина реза.

3. Формирование рисунка. На его скорость влияет мощность лазера. Чем она выше, тем быстрее выполняется процесс. Однако при этом увеличивается область потемнения по краям. Это общее описание технологии, которое может быть изменено в зависимости от параметров и функциональных возможностей оборудования. Средняя мощность лазерной установки составляет около 20 Вт. Она напрямую зависит от толщины фанеры и сложности узора. Для работы лучше всего применять автоматизированные центры обработки с ЧПУ по дереву. Это увеличит точность и повысит производительность.

Принцип работы лазерного станка

Основной рабочий инструмент аппарата – лазер, пучок света высокой мощности. При направлении его на изделие из дерева, участок соприкосновения сильно нагревается и волокна материала просто выгорают. Таким образом происходит бесконтактная резьба лазером. 

Преимущества этого метода обработки:

1.Края получаются идеально ровными, не требуют дополнительной обработки;

2.Можно обрабатывать изделия любого размера и формы;

3.Устройства просты в ручном и автоматическом управлении;

4.Точная работа до мелких деталей и штрихов.

Возможности лазерного станка

Что можно делать, используя лазер станка:

1.Вырезать различные заготовки и трафареты из цельного куска древесины или фанеры;

2.Выжигать рисунки и гравировки на дереве;

3. Фрезеровать детали разной сложности.
     При больших объемах производства необходимо предусмотреть систему вытяжки испарений. Это осуществляется с помощью локальной вентиляции. Отсутствие стружки значительно смягчает требования к условиям труда при фигурной резке фанеры лазерным станком. 

Для работы необходимы следующие комплектующие

1.Блок электронного управления. Он контролирует работу лазера, подает команды на его перемещение относительно листа;

2.Система вывода продуктов сгорания. Несмотря на их небольшое количество без принудительной вентиляции быстро повысится концентрация вредных веществ;

3.Интерфейс для ввода информации – рисунка, режимов работы станка и т.д.

Анализ возможных идей. Выбор оптимальных идей.

     На изучение технологий создания макетов, вырезания заготовок и трафаретов из фанеры мы потратили 4месяца. Незаменимыми помощниками в этом стали мастер-классы на сайтах в сети Интернет.

1.http://frelazer.ru/baza-10-000-maketov-dlya-lazera-i-frezera

2.https://www.youtube.com/watch?v=IRk7lT6clxg&feature=emb_logo

3. https://www.youtube.com/watch?v=7zk6GNMDZIk&feature=emb_title

4. http://home.f5tele.com/index.php/downloadm/category/33-tekhnika.html

             Систематизация и анализ собранной информации:

В результате исследований и изучения возможностей лазерного станка для резки и гравировки, мы рассмотрели варианты изделий, которые можно собрать из заготовок, полученных на станке. Вариантов очень много, и мы решили остановиться на рассмотрении некоторых:

1.именные шары

2.брелоки

3.подарочные коробки

4.именные линейки

В результате проведенного исследования мы решили выполнить все виды изделий по одному варианту.

Итак, для создания изделий нам понадобится:

Предварительные экономические расчеты

для новогоднего шара

Предварительные экономические расчеты

для брелока

Предварительные экономические расчеты

для именной линейки

Предварительные экономические расчеты

для подарочной коробки

Экологическая оценка будущих изделий

  Создавать изделия мы будем из фанеры.  Фанера – древесный строительный материал, состоящий из склеенных между собой нескольких листов лущеного шпона. Для склеивания листов используется карбидный и альбуминоказеиновый клеи, в которых отсутствуют вредные вещества. Как следствие, фанера используется в изготовлении мебели, в отделке зданий, даже детских садов. Это экологически чистый материал, а значит, изготовленные из фанеры изделия не принесут вреда окружающей среде и здоровью человека.

         Что бы приступить к работе, мы повторили технику безопасности при работе на лазерном станке для резки и гравировки.

Техника безопасности при работе за лазерным станком

1. Перед включением станка, необходимо проверить чистоту оборудования

убрать лишние предметы с рабочей поверхности и модулей;

2.Посмотреть, нет ли возле станка горючих смесей;

3.Панели обязаны быть надежно закреплены на оборудовании;

4.Проверить станок на отсутствие в его корпусе влаги;

5.Надеть средства индивидуальной защиты;

6.Внимательно следить за тем, чтобы открытые участки тела не попадали под прямые лучи лазера – это позволит избежать травм;

7.Работа должна осуществляться исключительно в очках, которые защитят роговицу глаз сотрудника от прямого воздействия лазерного луча;

8.Работая с лазером, не следует направлять взгляд на работающий луч;

Техника безопасности при работе с клеевым пистолетом

1.Перед включением убедитесь в отсутствии повреждений на корпусе пистолета и шнуре;

2.Так как клеевой карандаш в пистолете разогревается до очень высоких температур, во время работы, дети не могут находиться рядом;

3.Включенный пистолет устанавливается на ровную устойчивую поверхность, под него подкладывается лист бумаги, а под сопло фольга для сбора стекающего клея;

4.Ни в коем случае нельзя прикасаться руками к металлическому носику термопистолета;

5.Во время работы не следует надевать свободную одежду. Лучше сделать выбор в пользу плотных прочных тканей, которые защитят от ожога при попадании разогретого клея;

6.Длинные волосы максимально убираются, украшения снимаются;

7.Кожу рук от ожогов защитят перчатки из плотной кожи.

Технологическая карта

Продукты нашей деятельности

Оценка готовых изделий

Наша сувенирная продукция получилась качественной, красивой, с изображением высокой четкости. Изделия имеют прекрасный товарный вид, и годны не только для подарков, но и для продажи.

Экономические расчеты   для новогоднего шара

Экономические расчеты для брелока

Экономические расчеты   для именной линейки

Экономические расчеты   для подарочной коробки

Общая сумма расходов на материалы составила: 290 рублей. На создание графических изображений мы потратили примерно 5 часов. На создание макетов мы потратили примерно 10 часов. В результате свою работу оценили в 500рублей.  Исходя из подсчетов, стоимость изделий составила 790 рублей.

Вывод.

 Работая над проектом, мы узнали, что лазерная гравировка и резка является одним из популярных видов декорирования сувенирной продукции. Благодаря бесконтактному и высокоскоростному воздействию на обрабатываемый материал, на выходе получается изображение высокой четкости, которое не стирается и не видоизменяется с течением времени.  

Мы уверенно заявляем, что эффективность и рентабельность такого проекта имеет свои основания, а это:

безрасходное оборудование;

быстрая окупаемость;

короткие сроки и качественный результат.

 При полном освоении лазерного станка можно производить серийные продукции, такие как сувениры, брелоки, таблички, бирки, жетоны, декоративные элементы, игрушки, обложки для книг и блокнотов и т.д.  

Кроме этого мы узнали, что в зависимости от настроек (прежде всего, мощности) лазерный станок с ЧПУ может прорезать заготовки насквозь (в том числе осуществляя фигурную резку), или гравировать поверхность заготовки — в этом случае лазер погружается в материал на незначительную глубину. Последовательно проходя над заготовкой, лазер «строка за строкой» осуществляет нужное воздействие, благодаря чему заготовка превращается в готовое изделие. Мы узнали, что за точность обработки, а также за размеры готового изделия отвечает система ЧПУ станка. Микроконтроллер ЧПУ считывает коды управляющей программы (построенной на базе компьютерной графической модели готового изделия) и формирует импульсы для исполнительных элементов — шаговых электродвигателей.

 Мы научились создавать графические изображения, макеты, развивали память, усидчивость, пространственное воображение, умение сочетать цвета и формы, глазомер и умение составлять единое целое из мелких частей; закрепляли навыки работы клеем-пистолетом.

Через выполнение поставленных задач, мы добились цели проекта, решили проблему, возникшую перед нами.

Исходя из того, что лазерные станки – это новые технологии и за ними будущее, мы считаем, что создание нашего проекта – это большой успех!

Список Интернет-ресурсов

1.http://frelazer.ru/baza-10-000-maketov-dlya-lazera-i-frezera

2.https://www.youtube.com/watch?v=IRk7lT6clxg&feature=emb_logo

3. https://www.youtube.com/watch?v=7zk6GNMDZIk&feature=emb_title

4. http://home.f5tele.com/index.php/downloadm/category/33-tekhnika.html