Как настроить фокус на CO2-лазерном станке: линза, тест на наклонной планке и фокус для толстого материала

Что такое фокус и почему он сбивается

Линза в голове сводит параллельный пучок от третьего зеркала в точку. Ниже и выше этой точки пучок снова расширяется, и та же мощность размазывается по большей площади. При гравировке это видно сразу: линия становится шире, края мягче, тонкий шрифт сливается. При резке пропадает плотность мощности, и станок перестаёт прорезать лист с первого прохода.

Фокус сбивается по бытовым причинам: под заготовку подложили другой лист, сменили материал на более толстый, ослабили винт на трубке линзы при чистке или перекосился подъёмный стол. Поэтому проверять высоту стоит при каждой смене материала, а не раз в месяц.

Какую линзу ставить: таблица

Станки для мастерских часто комплектуют линзой с фокусом около 2 дюймов. Например, у Wattsan 1290 ST штатная линза — ZnSe диаметром 20 мм с фокусом 50 мм. Короткие и длинные линзы ставят под конкретные задачи.

Назначение линз взято из рекомендаций производителя. Пятно и глубину фокуса мы посчитали по формулам гауссова пучка для длины волны 10,6 мкм и диаметра пучка на линзе 7 мм. Это идеальный случай: у реальной трубки качество пучка хуже и пятно получится больше, поэтому таблица показывает прежде всего пропорции. Если фокусное расстояние увеличить вдвое, пятно вырастет вдвое, а глубина фокуса вчетверо.

Перед настройкой: проверьте оптику

Искать фокус с грязной линзой бессмысленно. Нагар на линзе поглощает часть излучения, линза греется, и пятно расплывается при любой высоте головы.

Для чистки подойдут мягкие салфетки для очков с жидкостью для объективов или чистый изопропиловый спирт. Нажим и жирные средства не нужны: загрязнённая линза перегревается и может лопнуть, а сильно потемневшую проще заменить.

Способ 1. Тест на наклонной планке

Этот способ работает на любом станке, с мотором стола и без него. Нужны полоска фанеры или картона длиной 200–300 мм и брусок, чтобы приподнять один её край.

Если узкое место растянуто на несколько сантиметров полоски, угол наклона слишком мал. Поднимите край выше: участок с тонкой линией станет короче, а отметка точнее.

Способ 2. Focus Test в LightBurn

Если у станка моторизованный подъём стола или головы и в LightBurn включено управление осью Z, высоту найдёт сама программа. Инструмент Focus Test прожигает серию линий, меняя Z от заданного начального значения к конечному. Число линий равно числу шагов плюс одна, шаг по высоте — разность Z, делённая на число шагов.

Самая тонкая линия на образце сделана на высоте, ближайшей к фокусу, а для уточнения тест повторяют в узком диапазоне между двумя лучшими линиями. Если в LightBurn используются абсолютные координаты Z, перед тестом нужно указать высоту материала в окне слоёв.

Куда ставить фокус под задачу

Найденная высота даёт фокус на поверхности, и для гравировки и тонких материалов её и используют. С толстым материалом картина другая: луч сходится к точке и снова расходится, поэтому на листе 15–20 мм рез получается клиновидным: верх уже, низ шире или наоборот, в зависимости от того, где стоит фокус.

Производитель рекомендует для акрила толще 1/4 дюйма (около 6 мм) опускать фокус внутрь материала примерно на треть толщины. Для листа в полдюйма, около 12,7 мм, это примерно 3/16 дюйма, то есть около 4,8 мм ниже поверхности. Чем длиннее фокус линзы, тем прямее стенка реза. Поэтому толстый акрил режут линзой на 2,5″ и длиннее.

Типичные ошибки

• Фокус проверили в одном углу стола. Если стол не параллелен порталу, в противоположном углу высота будет другой. Сделайте тест на планке в четырёх углах поля: разница видна по ширине линии.
• Щуп кладут на защитную плёнку. Плёнка на акриле добавляет доли миллиметра, а на короткой линзе это уже ощутимо.
• Лист лежит волной. Тонкий лист фанеры на сотах лежит волной, и гравировка в центре и по краю выходит разной. Прижмите лист грузами по краям или магнитами.
• Конусный рез или наклон только по одной оси. Чаще всего виновато третье зеркало: луч должен идти строго вертикально и в центр линзы. Проверяют короткими импульсами в торец оргстекла и пятном на скотче у среза сопла, отверстие должно быть по центру. Импульсы дают на минимальной мощности, в защитных очках и при включённой вытяжке.
• Ищут фокус на высокой мощности. Широкая обугленная линия не даёт увидеть самое узкое место. Для теста хватает мощности, при которой линия едва темнеет.