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激光切割机使用技巧
教学目标及方法
本篇重点讲解激光切割机的工作原理,以及使用切割机设计造型的方法和技巧
主要内容

问1: 激光切割能做什么?

乌克兰设计团队UGEARS设计的一组木板拼装玩具曾经风靡微信朋友圈,成为爆款。这些美轮美奂的设计就是通过激光切割这个工艺实现的。
这些工艺品是通过一个个在板材上切割出来的零件组合而成的,我们生活中的很多由板材制造出来的产品都是利用激光切割或者类似工艺制作出来的。

问2: 什么材料可以使用激光切割?

我们通常使用的切割机可以处理木板、密度板、有机玻璃、纸板等材料,由于一般用到的切割机功率较小,并不能切断金属,不过可以在金属上进行蚀刻;如果是大功率的切割机也可以切断金属之类的材料。但激光切割机不能切断ABS塑料,因为像纸板、木板这样的材料在激光的高温下会充分燃烧,而ABS塑料则会融化,切口很快就会融合,造成无法切断。
另外,根据切割机的功率不同,能够切透的板材厚度也不相同,要参考切割机的使用规范。

问3: 激光切割机的工作原理?

激光切割顾名思义就是利用激光束的高温将板材切断。通常激光切割机会利用镜子的折射,将光线引导到切割头上,再通过两个步进电机控制切割头在X和Y坐标上的移动,从而按照数字文件完成切割。

所以,在使用过程中,切记激光经过的地方不要用手遮挡,否则后果会很严重...

问4: 什么样的文件可以用于激光切割机进行加工?

必须是矢量的线条才能用于加工。什么是矢量图呢?一般我们的图片是由不同颜色的像素组成的,通常称之为位图;而矢量图则是用数据来描述的,所以矢量图可以无限放大也不会变模糊(因为可以实时算出来),而位图放大之后就会看到像素组成的锯齿,如下图所示,右边的圆就是位图,左边则为矢量图,放大之后,右边的圆已经能看到明显的锯齿

矢量的线条实际上就是激光的路线图,有了这个路线图,激光就会按着路线把材料切断或者刻上纹理。工程制图类的软件都能制作矢量的线条,比如AutoCAD,Rhino,CorelDraw,Illustrator等等,开源免费的则有Inkscape,FreeCAD等等,矢量图的通用文件格式是.dxf文件,支持这种文件格式输出的软件都可以用于绘制矢量2D图。
不过,要想形成真正能控制激光切割机的刀路图,还需要切割机自带的转化软件,这些软件根据各家机器不同,操作起来可能会有差异,一般都支持.dxf文件。

问5: 如何控制误差?

任何制造都会产生误差。利用激光切割设计造型,尤其是立体造型的时候,最关键的问题在于装配,也就是如何将两个零件组合起来,除了螺丝固定之外,穿插结构也十分常用,因此对于穿插孔尺寸的设计就要有很精确的控制。

不同品牌,甚至同一品牌不同批次的板材,在厚度上都会有明显的误差,除此之外,由于切割机功率和精度的不同,以及激光切割的特点,造成在切割过程中也会产生误差。
如图所示,激光切割形成的并不是一个垂直的切口,当板材有一定厚度的时候,正面会比背面宽一些,板材越厚,这个误差就越大,这些误差累计起来,就会影响到装配的精确性。
因此,我们需要通过测试得到一个理想的插孔尺寸,再进行下一步的设计。以2.75mm厚的板为例,首先切割一个如下图所示的测试板(切割文件见附件),预先画出不同尺寸的孔,然后用下面的那个测试尺穿过这些孔,找到合适的插孔尺寸,再用这个插孔尺寸进行设计,就可以很好的控制误差了。

问6: 在设计立体结构的时候,有哪些方法和技巧?

设计立体造型时,一种方式是用纵横交错的方式形成立体的骨架,从而完成造型。

AutoDesk的123D Make,可以将立体模型文件自动转化成这种穿插结构的文件,大家有兴趣可以尝试一下。


另一种就是通过面与面拼接的方式形成造型,这样的造型的关键就是面与面连接的卡扣设计。

关于连接方式的设计,除了用胶粘以外,这里提供几个简单的小案例供参考:
第一个是一个小骰子,完全利用切口的设计将立方体拼接出来,如果误差控制的好,可以完全不用粘胶。

第二个是一个手机支架,利用锁扣的方式进行固定。

第三个是一个小相框,利用卡子的方式固定,也可以不用粘胶和螺丝。
建议大家参考图片,将这三个小例子制作出来。

当然还有很多利用切割机设计出来的创意产品,比如下图的产品,就利用书脊上的纹理,让一块木板可以实现圆弧型的弯折。

大家可以在自己的设计中灵活运用这些方法,利用切割机完成自己产品的造型设计。



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授课教师
  • 胡戬

    全能制作达人

  • 李溪

    设计出身的程序爱好者

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