Продолжение поста «Лазерная маркировка, гравировка, резка, полировка. От хобби до бизнеса. Пост 7 Цвета»⁠⁠

Всех приветствую!

Очень сильно хотел вчера запилить большой и подробный пост по цветной маркировке с описанием самих принципов подбора режимов лазера для конкретного цвета, и уже даже начал этот пост пилить, но настолько за последние пару дней задолбался, что сил хватило на то, что в предыдущем посте вы и увидели.

Сегодня решил сделать для себя небольшой выходной и допилить недопиленное.

Для начала немного общей теории (вдруг кому будет интересно и лень гуглить):

Что вообще такое цвет материала? Это отраженный в определенном спектре (определенной длины волны) свет. Или световая интерференция.

Цветная лазерная маркировка возможна на ВСЕХ материалах, вот только на большинстве материалах, таких как алюминий, пластик, дерево и пр. длины волн отраженного света будут находиться в УЗКОМ спектре (в основном в оттенках серого, иногда с уходом в зеленый и желтый), а на ряде других материалов, таких как сталь (особенно это выражено на нержавеющей стали, менее на углеродистой), титан, цирконий, молибден, ниобий, бронза и других, спектр уже более широкий (тут еже можно выделить зеленый, синий, желтый, красный и их оттенки). Это происходит благодаря тому, что на поверхностях таких материалов под нагревом до определенной температуры образуется оксидная пленка, обладающая определенными свойствами.

На а теперь от общей теории к практике. Как вообще подбирается цвет?

Как я выше написал, нам нужно до определенной нагреть материал (без гравировки, то есть снятия материала), чтобы на поверхности образовалась оксидная пленка определенной толщины.

Для начала нам потребуется паспорт (сертификат) испытаний нашего станка. У меня он выглядит так:

В особенности нам пригодится последняя таблица (это только для MOPA, но во второй части поста я опишу принцип и для других источников), в которой указаны настройки, при которых лазерный луч максимально эффективен (например: при частоте 100 кГц луч максимально эффективен при ширине импульса 60 наносекунд, а на 750 кГц - при 4 наносекундах).

В ИзКаде (или аналогичной программе для вашего маркера) рисуем квадрат, например 5х5 мм, делаем очень частую заливку, например с шагом 1 микрон (так проще подбирать цвет), выбираем маркер, в настройках которого выкручиваем мощность до 1-30% (в зависимости от мощности источника и установленной линзы), устанавливаем среднюю скорость, предположим 1000 мм/с, герцовку выбираем тоже где-то в центре возможностей источника, например 250 кГц, а ширину импульса берем по таблице, в моем случае 13 нс. Далее берем лист, допустим, нержавейки, фокусируемся и долбим нем наш квадрат.

Если летят искры или получается темный желтый или коричневый цвет, мощность уменьшаем, если метал полируется (еле заметный серый оттенок), мощность увеличиваем. Нам нужно поймать средний случай, когда лазер не будет сжигать металл, но и не будет его полировать.

В итоге у нас должен получиться квадрат либо зеленого (возможно бирюзового оттенка), либо фиолетового (розового или оранжевого) цвета.

Ну а дальше меняя ширину импульса вниз (в моем случае при 250 кГц от 12 до 1 нс) или вверх (от 14 нс и выше) мы будем получать различные оттенки фиолетового, желтого и зеленого цветов (кстати, я так и не поймал четкий красный, всегда цвет уходит либо в оранжевый, либо в розовый).

Увеличивая ширину импульса от рекомендуемой в таблице мы будем получать оттенки зеленого, а уменьшая - оттенки желтого. Где-то между желтым и зеленым будем получать оттенки фиолетового. Эти цвета по такой технологии поймать проще всего.

Если мы изменим мощность, скорость или плотность заливки, то наш спектр цветов сместится

Поиграв так на одной частоте, можно эксперимент повторить на других частотах.

Ну а теперь начнем ловить более сложные цвета: синий и черный.

Взглянем на мой пример.

У меня синие цвета (крайний левый верхний и второй слева во втором ряду) получились на частоте 140 кГц и 4 нс и 120 кГц и 12 нс.

Если вспомнить про таблицу эффективности герцовка/ширина импульса, то на этих частотах эффективная ширина будет в пределах 20-50 нс.

Но если вспомним о том, что я писал ранее, самые простые цвета получаются зеленый, фиолетовый и желтый (именно в таком порядке от большей ширины к меньшей)

А если посмотрим еще на таблицу побежалости металла:

То поймем, в чем тут фокус (хотя нихрена не поймем, где в этой таблице зеленый цвет, хотя на самом деле, наш зеленый, это серый, но с большей температурой).

Нам, меняя частоту, играясь с мощностью и скоростью движения лазера нужно поймать нужную температуру нагрева материала. Просто из-за определенных свойств лазерных маркираторов довольно просто подобрать такой режим, чтобы металл нагревался от 200 до 290 градусов, а потом сразу температура увеличивается до 350 и выше. И вот этот узкий коридор между 290 и 350 градусами и нужно очень долго и упорно ловить, меняя мощность и скорость лазера, а также плотность заливки.

Черный цвет получается в основном когда мы уже не маркируем, а гравируем металл. И на самом деле, черный цвет это уже не оксидная пленка, а шлак, который при гравировке остается на металле. Мощность побольше, скорость поменьше, герцовку/ширину - по паспорту

И вот у нас черный. Вот только если мы посмотрим на него внимательно, да еще и проведем пальцем, то увидим, что на поверхности у нас получилось, не побоюсь этого слова, говно. Причем, если хорошенько ковырнуть ногтем, то это говно достаточно просто с металла отвалится

Такое чернение имеет смысл использовать, если мы предварительно металл гравирнули на глубину на малой мощности (когда шлак не образуется), отчего поверхность получится более "шершавая", а потом уже на большой мощности заполнили выгравированную часть шлаком. Так и шлак более проблематично отшкрябать, да и на ощупь картина будет немного другая.

Чтобы получить черный глянцевый цвет (в моем примере он такой, и он именно глянцевый, хотя по фото кажется, что это не так)

Нам нужно, долго и упорно играясь с настройками, поймать момент, когда лазер только заканчивает маркировать и уже начинает гравировать. Причем сначала мы будем получать очень темный желтый или даже коричневый. Такую оксидную пленку можно легко смыть под струей воды, под которой уже будет находиться серый шлак. Увеличивая мощность мы рано или поздно добьемся черного но крепко держащегося на поверхности шлака.

Серый (ну и белый туда же) цвет.

На мой взгляд его проще получить уже именно гравировкой, но на очень малых мощностях, когда шлак еще не образуется, а металл просто матируется.

Все выше сказанное касается не только станков с контролем ширины импульса (MOPA) но для других оптоволоконников, работающих в ИК диапазоне (JPT, Razcus и пр.).

Отличие лишь в том, что на них теряется тонкая настройка ширины импульса и приходится чуть дольше играться плотностью заливки, мощностью и скоростью. Нам нужно просто (хотя иногда не так просто) поймать нужную температуру на поверхности металла, а общий принцип тот же:

Плотность заливки поменьше, герцовку в районе 200-500 кГц, а скорость и мощность меняем в зависимости от полученного результата

Ну а теперь о нюансах. Что это за длинные полосы?

Подобрали мы например четкий желтый цвет. Долбанули квадрат на небольшой заготовке близко к центру рабочего поля (для примера на линзе f160 поле 100х100мм).

А теперь долбаните его близко к краю рабочего поля.

Охренели? И у нас уже не желтый, а оранжевый или даже фиолетовый. А все дело в том, что на краю рабочего поля у нас изменилось фокусное расстояние (помним геометрию ведь?). При изменении фокуса даже на несколько десятков миллиметров лазер метал уже будет нагревать совершенно до другой температуры.

Так что, для избежания таких неприятностей я рекомендую после подбора каждого цвета делать повторную маркировку близко к краю рабочего поля. Если цвет вышел другим, изменяем настройки маркировки до тех пор, пока в центре и на краю рабочего поля цвет будет получаться более или менее одинаковым (то-есть фокусное расстояние практически не будет влиять на температуру нагрева).

У меня на одной частоте произошел случай, когда полоса от центра рабочего поля до его края меня цвет с желтого через оранжевый, фиолетовый, синий к зеленому (что иногда конечно может пригодиться).

Второй нюанс также связан с температурой. Если вы маркируете мелкие элементы разными цветами, границы которых общие, ставьте либо после каждого цвета паузу несколько секунд, либо маркируйте элемент границы которого не будут общими с только что отмаркированным. Как бы не настраивалась задержка в старте и окончании розжига (Start TC и End TC), даже если в настройках заливки вы установили отступы от края, всегда есть риск что на общих границах элементов может появиться третий цвет.

И последний нюанс касается, наверно, только нержавейки (ну и еще с бронзой такая хрень у меня была). На титане и цирконии такой проблемы не наблюдал.

Подобрали цвет, сняли деталюху со стола станка, полюбовались. Но не спешите радоваться. Пойдите попейте чай, покурите, в туалет заглянуть можно. По возвращении вы можете неприятно удивиться, так как несколько минут назад ваш отмаркированный бирюзовый квадрат может оказаться зеленым, а оранжевый желтым. Все дело в том, что цвета побежалости на нержавеющей стали не очень стабильны. И при остывании цвет может сместиться по спектру в ту или другую сторону. Естественно, изменившись через несколько минут, он (цвет) уже не будет меняться дальше.

Ну и в завершении еще немного про цвета на нержавейке.

При каких-то режимах у вас будут получаться цвета, которые при изменении угла обзора будут менять яркость, какие-то менять оттенок, а какие-то полностью цвет. На это влияет не только свойства полированной поверхности нержавейки, но и способ маркировки. На определенных режимах, когда маркировка производится вкупе с микрогравировкой (микроямки можно рассмотреть только под микроскопом) можно получить действительно голографическую картину.

На сегодня все. Всем спасибо за прочтение. Ставьте лайк, подписывайтесь, присоединитесь к телеграмм-каналу.