Какие материалы нельзя резать лазером: ПВХ, поликарбонат, ABS, стеклотекстолит и другие

Три группы: запрет, брак и вред станку

В списках «нельзя резать лазером» перемешаны три разные вещи. Первые материалы выделяют газы, опасные для людей и станка. Вторые просто режутся плохо. Третьи вредят станку из-за отражения или клея.

Различие важно на практике. Если материал плохо режется, помогают меньше мощности и больше скорости. Если он при нагреве выделяет хлор или фтор, режим ничего не меняет. Американский производитель лазерных станков Boss Laser называет это химической, а не тепловой проблемой: разложение идёт, пока материал нагревается, и меньше жара даёт меньше газа, но не ноль.

Таблица: материал, можно ли, чем опасно, чем заменить

Ссылки на страницы материалов: ПВХ, фторопласт, текстолит, ABS, поликарбонат, ПЭНД, ДСП и оргстекло.

Что выделяется и почему это вредит

ПВХ. В его составе около 57 % хлора по массе. Деградация начинается около 250 °C, в зоне реза температура намного выше, и хлор уходит в виде хлороводорода. В сухом воздухе это газ, во влажном соляная кислота, и она оседает на зеркалах, линзе и направляющих. Ущерб накапливается и обнаруживается, когда он уже распределён по станку.

Фторопласт. Вещество разлагается с 260 °C, главные продукты разложения — фторсодержащие газы. У людей вдыхание таких паров вызывает «полимерную лихорадку» с симптомами гриппа, которая проходит за день-два на свежем воздухе. Станку достаётся от фтороводорода, он едкий и токсичный.

Стеклотекстолит. Это стеклоткань на эпоксидной смоле, и огнестойкие марки (FR-4) делают с бромом. Австрийский производитель лазерных станков Trotec прямо относит к непригодным любые материалы с галогенами, эпоксидными и фенольными смолами. К тому же запрету относится обычный текстолит на фенольной смоле: при резке получается чёрная кромка, а в дыме фенол и формальдегид.

ABS. В нём нет галогенов, но среди продуктов горения и пиролиза Wikipedia называет угарный газ и цианистый водород, а при 400 °C пластик разлагается на бутадиен, акрилонитрил и стирол. Производитель станков включает ABS в список опасных. Справочник сайта допускает тонкий лист ABS на CO2 с мощной вытяжкой и фильтром, но мы предлагаем исходить из осторожной оценки: в серию ABS не ставить.

Кожа с хромом. Хромовое дубление даёт 85–90 % современной кожи и использует соединения трёхвалентного хрома, они заметно менее токсичны, чем шестивалентные. Trotec относит к непригодным именно кожу, содержащую шестивалентный хром. Он возникает при окислении трёхвалентного, например при сварке нержавейки, а для кожи Wikipedia описывает кипячение и сушку на солнце. Измерений для лазерной резки мы не нашли, поэтому без паспорта на состав такую кожу в серию не берут. Кожа растительного дубления безопаснее, разбор в статье о гравировке по дереву, коже и акрилу.

Пример: сколько хлороводорода даст один контур

Лист ПВХ 3 мм, режем квадрат 100×100 мм. Путь реза 400 мм, ширина реза 0,2 мм, плотность жёсткого ПВХ 1,4 г/см³.

1. Объём испарённого материала: 400 × 0,2 × 3 = 240 мм³ = 0,24 см³.
2. Масса: 0,24 × 1,4 ≈ 0,34 г ПВХ.
3. Мономер C₂H₃Cl имеет молярную массу 62,5 г/моль, из них 36,5 даёт хлороводород HCl. На грамм ПВХ приходится до 0,58 г HCl, на 0,34 г — до 0,2 г.

В условной камере станка 600×400×300 мм (0,072 м³) это до 2,7 г/м³. Предельно допустимая концентрация хлористого водорода в воздухе рабочей зоны по ГН 2.2.5.3532-18 составляет 5 мг/м³ (2-й класс опасности), то есть теоретический потолок выше нормы примерно в 540 раз. Если весь газ выйдет в помещение 50 м³ без вентиляции, получится около 4 мг/м³, 80 % от нормы. Это верхняя оценка: часть хлора уйдёт в другие соединения, а в листе есть добавки. Но порядок величин ясен: одного контура хватает, чтобы многократно превысить норму в камере.

Те же нормы ограничивают цианистый водород до 0,3 мг/м³ (1-й класс) и фтороводород до 0,5 мг/м³ разовой и 0,1 мг/м³ среднесменной концентрации (2-й класс).

Поликарбонат, полипропилен, полиэтилен: когда можно, но плохо

Поликарбонат внешне неотличим от акрила, а под лазером ведёт себя иначе. Он сильно поглощает излучение 10,6 мкм на поверхности, энергия остаётся в верхнем слое, и полимер не испаряется, а разлагается. Итог один: жёлтая или коричневая кромка. По руководству Universal Laser Systems, обесцвечивание кромки при лазерной резке поликарбоната избежать нельзя, можно только уменьшить его: берут максимально мощный лазер, оставляют защитную плёнку или заклеивают лист маскировкой, включают обдув. Для листа, который не режется чисто, ULS описывает многопроходный способ: после 2–4 проходов деталь выпадает, а нагара меньше.

Тот же американский производитель отдельно оговаривает, что поликарбонат не относится к запретам вроде ПВХ: нет едких продуктов и вреда станку, это неподходящий материал для инструмента. Полипропилен плавится и «заваривается» за лучом, полиэтилен плавится и может держать пламя, поэтому оставлять станок с ним без присмотра нельзя. Для прозрачных деталей берут литой акрил, а когда нужна ударная прочность поликарбоната, его фрезеруют, как описано на странице поликарбоната.

Клей и покрытия: скрытая причина

Опасным может оказаться не сам лист, а то, что на нём. У материалов на клеевой основе клей испаряется и оседает на оптике, а сама клеевая плёнка нередко виниловая, то есть попадает в первую группу без всякой маркировки. С окрашенными и ламинированными листами та же история: состав покрытия вы не знаете. Защитную плёнку на акриле оставляют, только если поставщик подтвердил, что она рассчитана на лазер, иначе плёнка плавится и пристаёт к кромке. Лист с неизвестным покрытием сначала проверяют на обрезке под вытяжкой и осматривают линзу после пробы.

Как опознать материал

Вытяжка не исправляет положение. Она вытягивает дым из камеры и защищает помещение, но не нейтрализует кислоту и не защищает оптику, мимо которой дым уже прошёл. Это верно и для настольных станков со встроенной вытяжкой, например для Wattsan 6040, у которого она указана на wattsan.com среди особенностей: защита рассчитана на оператора, а не на зеркала. Как устроить тягу, мы разобрали в статье о вытяжке и безопасности, а расчёт расхода и воздуховода есть в отдельном материале.

Если запрещённый материал уже порезали

Остановите задание, даже если лист жалко: на этом «доделать» небольшое облучение превращается в крупное. Оставьте вытяжку работать после реза, проветрите комнату, проверьте и очистите линзу и зеркала. В ближайшие дни следите за резким кислым запахом внутри камеры, он показывает, что налёт ещё реагирует. Запишите, что это был за материал и откуда, чтобы такой обрезок не вернулся через полгода.