W ostatnich latach rozpowszechniło się grawerowanie laserowe. Tego typu grawerki, nawet jako projekty DIY pojawiały się też na "Elektrodzie". Przykładem może być ten temat:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=13802342#13802342
Mniej popularne jest grawerowanie elektronowe, któremu chciałbym poświęcić ten krótki artykuł.
Urządzenie do grawerowania wiązką elektronową jest "dalekim krewnym" kineskopu czarno- białego, bowiem podobnie jak kineskop posiada działo elektronowe. Uproszczony schemat takiego urządzenia znajduje się na poniższym obrazku:
Katoda, która może być żarzona bezpośrednio lub pośrednio (przez bombardowanie elektronowe z katody dodatkowej) emituje elektrony. Na omawianym obrazku katoda jest żarzona bezpośrednio. Jako materiał katody stosuje się tantal lub wolfram. W przypadku katod żarzonych pośrednio stosuje się wolfram, rzadziej sześcioborek lantanu.
Co charakterystyczne, katoda jest na wysokim potencjale ujemnym względem ziemi (obudowy urządzenia). Stwarza to pewne trudności w konstrukcji zasilacza.
Strumień elektronów z katody jest regulowany za pomocą cylindra Wehnelta. Z uwagi na większą niż w kineskopie aperturę tej elektrody i inne jeszcze uwarunkowania, zasilacz napięcia sterującego powinien dostarczać napięcia regulowanego w zakresie 0...-2kV względem katody. Przyłożone między katodę a anodę wysokie napięcie przyspiesza elektrony. Napięcie to może w niektórych urządzeniach elektronowiązkowych nawet 150 kV. Na rysunku mamy jednak do czynienia z tzw. niskonapięciowym urządzeniem elektronowiązkowym, bowiem napięcie to nie przekracza 30 kV. Należy dodać, że za elektronowiązkowe urządzenie średnionapięciowe uważa się takie, w którym napięcie przyspieszające nie przekracza 60 kV. Powyżej tej granicy pracują urządzenia elektronowiązkowe wysokonapięciowe.
Wiązka elektronowa jest ogniskowana za pomocą cewki skupiającej.
Pędzące , skupione w wiązce elektrony uderzają w powierzchnię obrabianego detalu, znajdującego się na potencjale ziemi. Można uważać, że ten detal jest odpowiednikiem ekranu luminescencyjnego kineskopu. Zjawiska zachodzące jednak w tym detalu są inne niż w ekranie kineskopu, bowiem zachodzi tu nagrzewanie i topienie materiału. W przypadku, gdy detalem tym jest np. metalowa płyta, której powierzchnia jest utleniona następuje rozkład tlenków. Komora robocza jak i działo elektronowe są w czasie pracy urządzenia pompowane. Można więc uznać, że atmosfera, w której znajduje się obrabiany detal jest w zasadzie beztlenowa. Próżnia w komorze wyrzutni nie powinna być gorsza niż 10^-5 hPa. W komorze roboczej próżnia ta może być 100 razy gorsza, tzn. dopuszczalna jest praca przy ciśnieniu 10^-3 hPa. Jednak w tych warunkach trzeba się liczyć z mniejszą trwałością katody wskutek bombardowania jonowego. Trwałość ta dla katod bezpośrednio żarzonych i tak nie jest zbyt duża, bo wynosi kilka...kilkanaście godzin pracy.
Wiązka elektronów może być odchylana za pomocą cewek odchylających, tak jak ma to miejsce w kineskopie.
Komputer wytwarza potrzebne sygnały napięcia odchylania i otwierania/zamykania wiązki elektronów za pomocą elektrody Wehnelta. Adresując więc punkt powierzchni obrabianego detalu (odpowiednie napięcia odchylania) i otwierając/zamykając wiązkę decydujemy, czy dany punkt zostanie wygrawerowany czy też nie. Co charakterystyczne, wypalony punkt jest jaśniejszy od niewypalonego, wskutek stopienia metalu i rozkładu tlenków w miejscu padania wiązki.
Przykładowe wygrawerowane obrazki w eksploatowanym przeze mnie urządzeniu znajdują się poniżej:
Omówiony sposób sterowania, choć dający dobre wyniki, zapewnia małą szybkość procesu. Dzieje się tak przede wszystkim z uwagi na małą szybkość narastania napięcia we wzmacniaczu sterującym elektrodą Wehnelta. Obecnie wygrawerowanie obrazka 256x 256 pikseli zajmuje kilka minut.
Innym sposobem sterowania jest sterowanie niemal wyłącznie przez odchylanie. Wiązka elektronowa jest wówczas szybko odchylana między punktami, które należy "wypalić" i w tych punktach na pewien czas zatrzymywana. "Zatkanie" wyrzutni elektrodą Wehnelta stosuje się przed i po zakończeniu procesu grawerowania.
Obecnie jednak nie korzystam z tego sposobu, bowiem będzie to wymagać zmiany cewek odchylających i wzmacniaczy odchylania. Będzie to jednak nieodzowne, z uwagi na małe pole robocze.
Trzecim wreszcie sposobem jest sterowanie stołem x-y, napędzanym silnikami krokowymi. Wówczas wzmacniacze odchylania nie pracują, a pracę silników i otwieranie/zamykanie wyrzutni jest realizowane za pomocą środowiska Linux CNC.
Ten sposób także nie zapewnia dużej szybkości prowadzenia procesu, ale obrabiane mogą być duże detale (tu obecnie około 340x 180 mm).
Główną wadą grawerowania wiązką elektronową jest konieczność stosowania dużych komór próżniowych i systemów, zapewniających ich odpompowanie. Urządzenia tego typu emitują wskutek hamowania elektronów na detalu promieniowanie rentgenowskie, które jest jednak skutecznie zatrzymywane przez grube ścianki komory.
Widok urządzenia przedstawiają dwa poniższe obrazki:
Zaś krótki film z procesu grawerowania można obejrzeć tutaj:
Na zakończenie chciałbym jeszcze dodać, że urządzenie to umożliwia prócz grawerowania także spawanie, suszenie próżniowe i prowadzenie jeszcze innych procesów (jeśli będzie zainteresowanie opiszę w przyszłości). Duże wymiary komory roboczej sprawiły, że urządzenie parę razy posłużyło też do suszenia próżniowego skrzynek drewnianych i próbki kukurydzy.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=13802342#13802342
Mniej popularne jest grawerowanie elektronowe, któremu chciałbym poświęcić ten krótki artykuł.
Urządzenie do grawerowania wiązką elektronową jest "dalekim krewnym" kineskopu czarno- białego, bowiem podobnie jak kineskop posiada działo elektronowe. Uproszczony schemat takiego urządzenia znajduje się na poniższym obrazku:
Katoda, która może być żarzona bezpośrednio lub pośrednio (przez bombardowanie elektronowe z katody dodatkowej) emituje elektrony. Na omawianym obrazku katoda jest żarzona bezpośrednio. Jako materiał katody stosuje się tantal lub wolfram. W przypadku katod żarzonych pośrednio stosuje się wolfram, rzadziej sześcioborek lantanu.
Co charakterystyczne, katoda jest na wysokim potencjale ujemnym względem ziemi (obudowy urządzenia). Stwarza to pewne trudności w konstrukcji zasilacza.
Strumień elektronów z katody jest regulowany za pomocą cylindra Wehnelta. Z uwagi na większą niż w kineskopie aperturę tej elektrody i inne jeszcze uwarunkowania, zasilacz napięcia sterującego powinien dostarczać napięcia regulowanego w zakresie 0...-2kV względem katody. Przyłożone między katodę a anodę wysokie napięcie przyspiesza elektrony. Napięcie to może w niektórych urządzeniach elektronowiązkowych nawet 150 kV. Na rysunku mamy jednak do czynienia z tzw. niskonapięciowym urządzeniem elektronowiązkowym, bowiem napięcie to nie przekracza 30 kV. Należy dodać, że za elektronowiązkowe urządzenie średnionapięciowe uważa się takie, w którym napięcie przyspieszające nie przekracza 60 kV. Powyżej tej granicy pracują urządzenia elektronowiązkowe wysokonapięciowe.
Wiązka elektronowa jest ogniskowana za pomocą cewki skupiającej.
Pędzące , skupione w wiązce elektrony uderzają w powierzchnię obrabianego detalu, znajdującego się na potencjale ziemi. Można uważać, że ten detal jest odpowiednikiem ekranu luminescencyjnego kineskopu. Zjawiska zachodzące jednak w tym detalu są inne niż w ekranie kineskopu, bowiem zachodzi tu nagrzewanie i topienie materiału. W przypadku, gdy detalem tym jest np. metalowa płyta, której powierzchnia jest utleniona następuje rozkład tlenków. Komora robocza jak i działo elektronowe są w czasie pracy urządzenia pompowane. Można więc uznać, że atmosfera, w której znajduje się obrabiany detal jest w zasadzie beztlenowa. Próżnia w komorze wyrzutni nie powinna być gorsza niż 10^-5 hPa. W komorze roboczej próżnia ta może być 100 razy gorsza, tzn. dopuszczalna jest praca przy ciśnieniu 10^-3 hPa. Jednak w tych warunkach trzeba się liczyć z mniejszą trwałością katody wskutek bombardowania jonowego. Trwałość ta dla katod bezpośrednio żarzonych i tak nie jest zbyt duża, bo wynosi kilka...kilkanaście godzin pracy.
Wiązka elektronów może być odchylana za pomocą cewek odchylających, tak jak ma to miejsce w kineskopie.
Komputer wytwarza potrzebne sygnały napięcia odchylania i otwierania/zamykania wiązki elektronów za pomocą elektrody Wehnelta. Adresując więc punkt powierzchni obrabianego detalu (odpowiednie napięcia odchylania) i otwierając/zamykając wiązkę decydujemy, czy dany punkt zostanie wygrawerowany czy też nie. Co charakterystyczne, wypalony punkt jest jaśniejszy od niewypalonego, wskutek stopienia metalu i rozkładu tlenków w miejscu padania wiązki.
Przykładowe wygrawerowane obrazki w eksploatowanym przeze mnie urządzeniu znajdują się poniżej:
Omówiony sposób sterowania, choć dający dobre wyniki, zapewnia małą szybkość procesu. Dzieje się tak przede wszystkim z uwagi na małą szybkość narastania napięcia we wzmacniaczu sterującym elektrodą Wehnelta. Obecnie wygrawerowanie obrazka 256x 256 pikseli zajmuje kilka minut.
Innym sposobem sterowania jest sterowanie niemal wyłącznie przez odchylanie. Wiązka elektronowa jest wówczas szybko odchylana między punktami, które należy "wypalić" i w tych punktach na pewien czas zatrzymywana. "Zatkanie" wyrzutni elektrodą Wehnelta stosuje się przed i po zakończeniu procesu grawerowania.
Obecnie jednak nie korzystam z tego sposobu, bowiem będzie to wymagać zmiany cewek odchylających i wzmacniaczy odchylania. Będzie to jednak nieodzowne, z uwagi na małe pole robocze.
Trzecim wreszcie sposobem jest sterowanie stołem x-y, napędzanym silnikami krokowymi. Wówczas wzmacniacze odchylania nie pracują, a pracę silników i otwieranie/zamykanie wyrzutni jest realizowane za pomocą środowiska Linux CNC.
Ten sposób także nie zapewnia dużej szybkości prowadzenia procesu, ale obrabiane mogą być duże detale (tu obecnie około 340x 180 mm).
Główną wadą grawerowania wiązką elektronową jest konieczność stosowania dużych komór próżniowych i systemów, zapewniających ich odpompowanie. Urządzenia tego typu emitują wskutek hamowania elektronów na detalu promieniowanie rentgenowskie, które jest jednak skutecznie zatrzymywane przez grube ścianki komory.
Widok urządzenia przedstawiają dwa poniższe obrazki:
Zaś krótki film z procesu grawerowania można obejrzeć tutaj:
Na zakończenie chciałbym jeszcze dodać, że urządzenie to umożliwia prócz grawerowania także spawanie, suszenie próżniowe i prowadzenie jeszcze innych procesów (jeśli będzie zainteresowanie opiszę w przyszłości). Duże wymiary komory roboczej sprawiły, że urządzenie parę razy posłużyło też do suszenia próżniowego skrzynek drewnianych i próbki kukurydzy.
Cool? Ranking DIY
super że udało się go zrealizować i zaprezentować na elektroda.pl
)
satanistik
