Дерево для рельефа на ЧПУ: какую породу взять, откуда ворс и как не получить повело после лака

Почему порода решает больше, чем фреза

Жалоба звучит одинаково: фреза острая, режим прежний, а рельеф «лохматый». Операторы, которые с этим сталкивались, чаще всего меняли не инструмент, а материал. В мягкой древесине тонкую деталь рельефа держат только волокна поздней зоны, а ранняя зона мнётся под фрезой и поднимается ворсом. У мелкопористых лиственных пород годовой слой однороден, и кончик конической фрезы оставляет на нём ровный след.

Твёрдость измеряют по Янке: сколько нужно силы, чтобы вдавить стальной шар на половину диаметра. Цифры для самых ходовых заготовок:

Источник цифр — карточки пород в Wood Database (ссылки внизу), значения усреднённые: у конкретной доски они зависят от плотности. С липой практики спорят. Одни называют её лучшей для рельефа за податливость, другие не советуют из-за мягкости. Решает пробник 50×50 мм из вашей доски с вашей фрезой.

Груша и граб в списках операторов идут рядом с буком как хороший выбор, цифр твёрдости для них в таблице нет. Дуб режется, но у него крупные поры, и мелкая деталь рельефа на нём теряется. Самшит и экзотические породы (эбен, палисандр) дают пыль, которая вызывает аллергию, а у самшита по рассказам практиков ещё и токсичные компоненты: нужны аспирация и респиратор, об этом написано в статье про аспирацию фрезера.

Щит, доска и влажность

Мебельный щит удобен: заготовка сразу в формат. На практике щит выбирают сами на складе. Смотрят подбор ламелей по цвету и направлению годовых колец, клеевой шов (он не должен расходиться в торце) и влажность. Сосновый щит, особенно строительный, самый частый источник «винта»: после строгания и фрезеровки внутренние напряжения вылезают, и деталь выгибается.

Волновая деформация идёт от разницы влажности. Wood Database называет целевое значение для мебели и интерьерных изделий около 8% равновесной влажности (дерево, хранившееся при относительной влажности воздуха 40–45%). В цехе, где зимой 25–30%, а летом 70%, влажность плавает, и с ней плавает размер. Для рельефа это значит три правила:

1. Заготовку выдерживают в цехе, где она будет обрабатываться и лежать после станка, не меньше нескольких дней. Влажность проверяют влагомером, а не на глаз.
2. Доски в щите по-разному ведёт в зависимости от распила: тангенциальная усадка бука 11,7% против радиальной 5,8%, у клёна 9,9% и 4,8% (Wood Database), то есть вдвое больше радиальной. Щит из досок с тангенциальным распилом выгибается заметнее, чем из радиальных.
3. Рельеф снимает материал с одной стороны, и деталь, у которой убрали слой с лица, остаётся с напряжённой рубашкой. Если на рельеф уходит больше трети толщины, практики стараются снимать материал симметрично с обеих сторон или оставляют тыльную сторону нетронутой и закрывают её лаком одновременно с лицом.

Сразу после станка деталь покрывают лаком или маслом. Операторы, которые теряли заготовки на повело, рассказывают, что пока рельеф лежал открытым день-два, он отдавал влагу неравномерно. Если сразу покрыть нельзя, деталь кладут под гнёт или заворачивают в плёнку.

Откуда ворс и как его убрать

Ворс на рельефе даёт одна из трёх причин, и их проверяют в таком порядке.

Стенки без уклона. Коническая фреза с половиной угла, например 3°, режет вертикальную стенку боковой поверхностью. Если стенка в модели вертикальна или круче полуугла конуса, борт зажимает инструмент, волокна не срезаются, а рвутся. Отсюда ворс только с одной стороны рельефа, чаще с той, где фреза идёт против волокон. В ArtCAM и других программах для конуса вводят половину угла из каталога и радиус сферы на кончике. Крутым стенкам добавляют уклон 2–5°, на пару градусов больше полуугла. Так советуют операторы: уклон считают от полуугла конуса, а не берут «круглое» значение.

Растр вдоль волокон. Строчки чистовой траектории не стоит пускать строго вдоль или строго поперёк волокон. Практики разворачивают растр на 5–16° к волокнам, шаг ставят 0,1–0,2 мм и сравнивают три варианта на пробнике. Это сочетание не панацея: при подаче, которая завышена, ворс поднимается всё равно.

Режим. Для бука один оператор называл подачу около 2500 мм/мин на чистовой с повышенными оборотами. Цифра ориентировочная и зависит от фрезы, шпинделя и станка, подробные режимы собраны в статье про режимы фрезеровки массива. Для твёрдой породы работает порядок: черновая концевой фрезой 6–8 мм с припуском около 2 мм, затем чистовая конусом. Тонкая коническая фреза без чернового прохода перегревает материал и ломается. Тонким гравёром на глубине 10–20 мм работать опасно: вылет большой, инструмент уводит и он ломается, а на глубоком рельефе дуба 50–80 мм практики делят работу на два слоя с повторной привязкой нуля и уклоном около 5°.

Если ворс всё же остался, его убирают после станка. Годится лёгкая шлифовка абразивной мочалкой по ходу волокон и увлажнение с последующей сушкой: вода поднимает остаточные волокна, их срезают шкуркой P320–P400, и под лаком они уже не встанут.

Лак и пропитка: что поднимает ворс под покрытием

Водный лак намачивает поверхность, и все рыхлые волокна встают. Отсюда типичная жалоба: рельеф гладкий на ощупь до покраски и колючий после.

Рабочая последовательность, о которой рассказывают операторы:

При слабом запахе в помещении подходят водные полиуретановые грунты с большим сухим остатком или масла с воском. Остальное — про выбор материала и шлифовку — есть в статье про покрытие мебели из фанеры: принципы те же.

Что должен тянуть станок

Рельеф на твёрдой породе идёт часами с шагом 0,1–0,2 мм, и на этом режиме видна жёсткость станка: на мягкой раме по контуру остаются волны. Из того, что встречается в мастерских, — у Wattsan A1 1325 шпиндель 3 кВт, а у модели M1 1325 усиленная станина и шпиндель 4,5 кВт, по данным карточек; для небольшой мастерской и панно до 600×900 мм есть A1 и M1 6090. Ровность рельефа при этом определяют геометрия станка и режим, а не мощность шпинделя. Расчёт времени и стоимости рельефа есть в статье про резные панно и 3D-рельефы, а как готовить саму модель — в материале про подготовку 3D-модели.