木材

使用数字激光材料加工(DLMP®)技术加工木材

木材是表示来自树干、树根和树枝的纤维结构材料的通用名称。木材可大体划分为软木(裸子植物)和硬木(被子植物)。出于激光加工的考虑,木材也可按照其密度进行分类。密度主要受到树种的影响。例如,铁木的密度非常大,而巴尔沙木的密度就很小。然而,气候和土壤条件等其他因素也对木质纤维的致密化有着重要影响。

木材或许是最为通用的天然产品,古往今来的诸多社会均充分利用了木材在美学和物理方面的特性。木材是刚性材料,但可通过温度、湿度和机械方法塑造形状。木材耐冲击,表现出良好的强度重量比。然而,许多这些特性均具有各向异性,只有在木纹方向垂直于表面时才能达到最大的实用性和美观性。


相关名称

雪松,软木,杉木,松木,红木,白蜡木,桦木,樱桃木,桃花心木,枫木,橡木,白杨木,柚木,胡桃木


厂商

各类


木材和DLMP®技术

在化学层面,木材由纤维素和木质素构成,这是地球上含量最丰富的两种有机材料。这种化学结构在与激光能量相互作用时会经历不完全燃烧。在对木材使用数字激光材料加工(DLMP)技术时,影响所得到结果的主要因素是木材的密度及其密度的均匀度。在如下的木材加工栏目中会进一步解释这些因素。


激光能量对木材最有用的效应是材料蚀除和材料改性。这些工艺的每一种都在下面其相应的栏目中讨论。


激光材料加工白皮书

图库

材料蚀除

材料蚀除是去除材料的物理过程。该过程将材料从顶部到底部表面完全去除或从顶部向下到指定深度部分去除。

所有种类的木材都时CO2激光能量(波长=10.6 μm)的优异吸收体。木材吸收激光能量时,其迅速将光能转化为分子振动(热能)。充分的热量可导致快速分解和燃烧。直接处于激光路径中的材料被蚀除,成为蒸气和细微颗粒。紧靠激光光斑或路径外侧的材料会传导一部分热量,但不足以完全和彻底地燃烧和蚀除。这个热效应的区域通常被称为热影响区,或HAZ。表面质量将会呈现很大差异,从变暗发粘到黑色烟熏状。其中一些燃烧产物可溶于水,这意味着可使用清水以及毛巾或塑料刷部分去除黑色残留物。

激光雕刻

激光雕刻是将材料从顶部向下去除到指定深度的过程。通过对激光器调制进行严格控制可以实现这一点。通过持续改变激光功率,可使用激光器雕刻出纹理、照片和各种信息(如文本和数字)。此示例显示了如何控制激光能量将材料去除到受控的深度。对木材进行雕刻将产生与木材切割类似的残留物。如果待残留物干燥,其将会硬化。通常需要清洁顶部表面,让雕刻过程中产生的残留物干燥,因为这将增强对比度。然而,也可以使用清水清洁雕刻区域,以改进天然木纹的外观效果。

laser engraved letters numbers wood
在樱桃木上的激光器雕字母、数字和三维钻石图案。菱形图案或方格图案已经过清洁,可显示出更多的天然木纹。

材料改性

使用DLMP技术烧蚀材料时,施加的能量足够使相当大量材料气化。此过程会留下黑色残留物,这是由之前讨论的木纤维部分燃焼造成的。通过降低激光功率,可使木材变暗,同时不去除很多的材料。这就是一种类型的材料改性,对于木质产品的激光打标非常有用。

激光打标

激光能量用来在材料上产生条形码、日期/批次代码、序列号或零件号等人读和/或机读标识或信息时,可将这个过程认为是激光打标。本示例图展示通过对樱桃木进行激光打标来实现逐渐变小的字体。

laser marked font sizes
1/10”(2.5毫米)樱桃木表面进行激光打标实现逐渐变小的字体

组合工艺

可在木材上应用多种工艺,而没有必要移动或重新夹持材料。此示例显示了如何将工艺组合,在同一制造步骤中,使用DLMP技术在樱桃木上切割方形和圆形、雕刻字符和纹理并标记精致细节。

cherry wood
3/8”(9.55毫米)樱桃木上的纹理和字符雕刻、表面打标和切割的组合激光加工

环境、健康和安全考虑事项

激光材料相互作用几乎总是产生气态流出物和/或颗粒物。使用CO2激光器加工木材会产生含有一氧化碳、丙烯醛和甲醛的蒸气,它们主要来自纤维素化合物的燃烧。也会产生其他来源于木质素不完全燃烧的高沸点固体和颗粒物。应将木材加工产生的流出物导向外部环境。也可首先使用过滤系统处理,然后导向外部环境。木材燃烧是激光加工所固有的过程,其可能产生明火。因此,应始终对激光加工予以监督。