WO2020117100A1 - Способ и система нанесения объёмного изображения при помощи лазера - Google Patents

Способ и система нанесения объёмного изображения при помощи лазера Download PDF

Info

Publication number
WO2020117100A1
WO2020117100A1 PCT/RU2019/050014 RU2019050014W WO2020117100A1 WO 2020117100 A1 WO2020117100 A1 WO 2020117100A1 RU 2019050014 W RU2019050014 W RU 2019050014W WO 2020117100 A1 WO2020117100 A1 WO 2020117100A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
image
applying
polyurethane foam
dimensional image
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/050014
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Антон Александрович ИВАНОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Лазер"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Лазер" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Лазер"
Publication of WO2020117100A1 publication Critical patent/WO2020117100A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/24—Ablative recording, e.g. by burning marks; Spark recording
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/22—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching

Definitions

  • the invention relates to the field of creating three-dimensional images on a foam base, mainly on soft polyurethane foam, using a laser, but is also suitable for other materials.
  • This group of inventions can be used in light industry in the production of children's goods, decorative patterns, souvenirs, footwear, manufacturing exclusive images, etc.
  • lasers There are gas lasers (helium-neon laser, argon laser, carbon dioxide laser, etc.), dye lasers, metal vapor lasers (helium-cadmium laser, helium-selenium laser, copper vapor laser, etc.), solid-state lasers (aluminum neodymium doped yttrium lasers, neodymium glass laser, chrome doped alexandrite laser, etc.), semiconductor lasers and other types of lasers.
  • gas lasers helium-neon laser, argon laser, carbon dioxide laser, etc.
  • dye lasers helium-cadmium laser, helium-selenium laser, copper vapor laser, etc.
  • solid-state lasers aluminum neodymium doped yttrium lasers, neodymium glass laser, chrome doped alexandrite laser, etc.
  • semiconductor lasers and other types of lasers.
  • a gas laser is important, namely: a carbon dioxide laser, because It was with the help of this type of laser that experiments were conducted and the necessary result was achieved in the form of the possibility of applying a three-dimensional image and engraving on polyurethane foam.
  • a volumetric image or engraving examples include a mechanical look (carried out by sharpened by a rotating mill by cutting material, this type of engraving is mainly suitable for processing metals, wood, plastics and other hard materials); sandblasting type (the method is based on damage to the surface of the material being processed by sand or other abrasive powder sprayed by a stream of air from a special abrasive blasting apparatus. Sandblasting is used when working with glass, natural stone, brick, metal, plastic, ceramic, wood and other hard surface materials ) However, these methods are not suitable for engraving or applying volumetric images on a soft surface, for example, polyurethane foam. And in this
  • the known method of laser engraving on a foam base according to patent US4933205A, priority date 10/151987. (information about the patent is taken from the search engine of the European Patent Office - Espasenet).
  • the present invention discloses a method of engraving on foam material using a laser.
  • the essence of this method is to apply a composition of various compositions, the so-called substrate, to the foam base and to process the foam material through the substrate with a laser.
  • the applied composition should be of various thicknesses and expand when heated.
  • Signs of this invention that coincide with the essential features of the claimed method and system for applying a three-dimensional image to a material using a laser are the use of a laser.
  • This method of laser engraving on a foam base is very expensive, both in time and in resources, because in addition to laser equipment and the material to be engraved, it is necessary to apply a substrate that is nitrocellulose paint, or water-based ink for printing, or water droplets, or other suitable material.
  • a substrate that is nitrocellulose paint, or water-based ink for printing, or water droplets, or other suitable material.
  • the author considers printing, which entails the use of additional equipment and an increase in the cost of the production process. It is very interesting to consider the method of applying the substrate in the form of water droplets, because with this method there is a danger of inaccurate, blurry relief on the foam base, because with the help of water droplets it is impossible to accurately draw the lines of the engraved pattern.
  • the features of this invention which coincide with the essential features of the claimed system for applying a three-dimensional image to a material using a laser, are the presence of a laser, a computer and a laser control unit (in the description and claims of the analogue invention, the laser control unit is indicated as a controller), and the signs coinciding with the method of applying a three-dimensional image to the material using of a laser are the presence of a stage of laser etching of the image on the material and a stage of modeling laser power.
  • the author came to the conclusion that it is not possible to engrave polyurethane foam and other foam base, because as materials on which the engraving and marks are applied glass and labels act.
  • the main objective of this invention is the application of identification marks on the blanks for further processing.
  • the author describes the general principle of the operation of a laser, which is applied to a drawing or engraving without specifying the parameters of the operation of such a laser. With such data, the possibility of laser engraving on soft materials seems doubtful.
  • laser engraving of images on the material is performed on industrial equipment designed for cutting the material.
  • the disadvantages of this invention include the use of only industrial lasers with high power and high speed. Such equipment has a great price compared to laser machines with much lower power and speed. In addition, using this method and system it is not economically feasible to create exclusive images in small quantities, because This invention is intended for large volumes of production. In addition, given the power of the lasers, we can conclude that it is impossible to apply this method to engraving on polyurethane foam, because the material will either be simply burnt, or it will have an ordinary two-dimensional image without volume.
  • a control unit in the analogue invention, such a unit is named as a device for controlling the power and speed of the laser output signal.
  • One of the goals of developing the claimed method and system for applying a three-dimensional image onto a material using a laser was to find the possibility, at low laser equipment powers, to create large volumes of volume or engraved images with the least expenditure of energy and time
  • the claimed method and system for applying a three-dimensional image to a material with a laser eliminates the problems of analogues and prototype, allows you to create volumetric images on a foam base on an industrial scale without the use of additional materials and equipment when using low-power equipment.
  • a group of inventions is presented, namely: a method for applying a three-dimensional image to a material using a laser and a system for applying a three-dimensional image to a material using a laser.
  • the method is intended to use the system.
  • the first invention is a method of applying a three-dimensional image to a material using a laser.
  • This method includes the stage at which the processing of a graphic image on a computer takes place in order to be able to use a laser to apply a three-dimensional image to the material.
  • processing can take place in graphic editors CorelDraw ® , AutoCad ® , PhotoShop ® , as well as other graphic editors that allow you to convert a normal image into a raster and / or vector image. Without this stage it will be impossible to make a three-dimensional image, because The laser output signal applies the image to the material by affixing a plurality of points called pixels, and the location of these points is determined by the pixels in the raster and / or vector image.
  • the method also includes the step of applying the output signal to the material onto which the three-dimensional image is applied or engraving occurs. At this stage, there is a direct evaporation of part of the material due to which a volumetric image or engraving is applied.
  • the method includes use of a carbon dioxide laser with a power of not more than 60 watts. and application of a speed of not more than 0.7 m / s. It was experimentally established that it is with these parameters of power and speed that it is possible to create a clear three-dimensional image on polyurethane foam without damaging the material itself.
  • the second invention of the group includes a computer configured to transmit an image to a laser control unit, software that allows you to convert a conventional image into a raster or vector and laser output power of not more than 60 watts. and the speed of movement is not more than 0.7 m / s.
  • a laser control unit there is a laser control unit.
  • the computer is configured to store information indicating the processed image, and transmit such information to the laser control unit.
  • the material used is elastic polyurethane foam with a density of 16 kg / m3 to 40 kg / m3 and a rigidity of 28 kPa to 65 kPa. In the implementation of the invention uses a carbon dioxide laser.
  • the method for applying a three-dimensional image using a laser as proposed in the present description can be implemented at least as follows: the image is processed on a computer in the graphics program CorelDraw ® and converted to a raster and / or vector image if the image was not a raster image before conversion and / or vector. During image processing, its parameters are set and in this form the image is saved on a computer and transmitted to the laser control unit, which determines the necessary laser output signal power and its speed, i.e. the laser beam is modulated in accordance with the image in pixel form over the entire surface of the material.
  • the necessary material at least polyurethane foam with a density of 16 kg / m3, is attached to the platform in the device of a carbon dioxide type laser machine. It is possible to use polyurethane foam with a density of 17 kg / m3, 18 kg / m3, 19 kg / m3 and so on up to 40 kg / m3 inclusive. During the experiments, it was found that the highest quality three-dimensional image is obtained with a density of polyurethane foam from 16 kg / m3 up to and including 40 kg / m3, however, this does not mean that this method is not suitable for polyurethane foam with a different density than stated.
  • the process of applying a three-dimensional image to the polyurethane foam occurs, which is the evaporation of particles of material from the surface of the polyurethane foam.
  • Another embodiment of the inventive method for applying a three-dimensional image using a laser can be implemented by processing the image on a computer in the PhotoShop ® graphics program and converting it into a raster and / or vector image if the image was not raster and / or vector before conversion.
  • image parameters are set, such parameters are saved and transmitted in such a form to the laser control unit, which determines the necessary laser output signal power and its speed, i.e. the laser beam is modulated in accordance with the image in pixel form over the entire surface of the material.
  • the necessary material at least polyurethane foam with a hardness of 28 kPa, is attached to the platform in the device of a carbon dioxide type laser machine.
  • polyurethane foam with a hardness of 29kPa, ZOkPa, 31kPa and so on up to and including 65kPa.
  • a hardness of polyurethane foam from 28 kPa to 65 kPa. inclusive, however, this does not mean that this method is not suitable for polyurethane foam with a different stiffness than stated.
  • the speed and power of the laser are set based on the complexity of the volumetric image expressed in the number of small parts, smooth lines, rounded surfaces, etc., the characteristics of the material on which the image is applied, including density and stiffness.
  • a volumetric image on a foam base can be applied only at a laser power of not more than 60 watts. and speeds not exceeding 0.7 m / s. Exceeding these indicators, the laser either burned through the material through, or the image turned out to be of very poor quality, with curved lines, sharp transitions and other defects.
  • the method of applying a three-dimensional image to the material using a laser includes raster and / or vector technology.
  • Raster technology can be defined as laser drawing a graphic image either horizontally or vertically by scanning continuously back and forth until the graphic image is processed.
  • Vector drawing can be defined as laser drawing the outline of each individual part of a graphic image until the entire graphic image is complete
  • the second invention of the group - a system for applying a three-dimensional image to a material using a laser can be implemented at least as follows: the system includes a computer on which the image is processed and converted into a raster and / or vector image and configured to transmit the image to the laser control unit ; software that allows you to process images for subsequent transmission to the laser control unit.
  • Such software can include any graphics editor that can convert a regular image into a raster and / or vector image and change its parameters.
  • AutoCad ® can act as a graphic editor.
  • the system has a laser configured to provide a laser output of not more than 60 watts. in the presence of a signal of higher power, the volumetric image cannot be applied to the surface of the polyurethane foam.
  • the system has a laser control unit, which sets the speed of the laser output beam, which does not exceed 0.7 m / s and the power suitable for creating a computer-transmitted image.
  • the system is capable of applying volumetric images to foamed material, at least polyurethane foam with a density of 16 kg / m3 to 40 kg / m3. Other types of foam-based materials can also be used to apply volumetric images.
  • Another embodiment of a system for applying a three-dimensional image to a material with a laser is a computer configured to transmit the image to the laser control unit on which the image is processed and converted into a raster and / or vector image, software that allows you to process images for transmission to the block laser control.
  • Such software can include any graphics editor that can convert a regular image into a raster and / or vector image and change its parameters.
  • the graphics editor may be CorelDraw ® .
  • the system has a laser configured to provide a laser output of not more than 60 watts. in the presence of a signal of higher power 3D image cannot be applied to the surface of polyurethane foam.
  • the system has a laser control unit, which sets the speed of the laser output beam, not exceeding 0.7 m / s and the power suitable for creating a computer-transmitted image.
  • the system is capable of applying volumetric images to foamed material with stiffness from 28kPa to 65kPa.
  • Polyurethane foam acts primarily as foam material.
  • Other types of foam-based materials can also be used to apply volumetric images. All experiments on creating a three-dimensional image were carried out on a carbon dioxide type of laser, but this does not mean that using the claimed system it is impossible to use a different type of laser.
  • speed is the speed of the laser output signal (ie the beam) relative to the surface of the material.
  • the relative speed can be transmitted by moving the laser output signal during processing of the stationary material or by moving the material during processing by the stationary laser output signal (laser signal) or by simultaneously moving the laser signal and material in different directions and / or at different speeds.
  • the terms “engrave” or “apply a three-dimensional image,” as used in the present description, means to contact the material using a laser beam to create a graphic image. During engraving or applying a volumetric image, the laser beam applies energy to the base, thereby causing a visible significant change in the base, such as by removing the base coat, removing the base material, etc. The result is a base transformation that is visible visually.
  • image refers to decorative and artistic drawings, non-decorative drawings, patterns, graphic pictures, types, alphanumeric characters, logos, other signs, etc.
  • Power and speed should be controlled to avoid any undesirable consequences of over-processing, such as complete carbonization, burn through and / or melting of the material to be engraved.
  • the computer hardware and software for implementing the embodiments of the invention described herein may be of any kind, for example, either general purpose or intended for some specific tasks, such as workstations.
  • Computers can be Pentium ® class computers running Windows XP ® , Windows Vista ® or Linux ® programs, or the computer can be a Macintosh ® computer.
  • the computer may also be handheld, such as (Personal Digital Assistant) personal digital assistant, cell phone or small laptop.

Abstract

Способ и система нанесения объёмного изображения при помощи лазера относятся к области создания объёмных изображений на вспенином основании при помощи лазера. Изобретения могут использоваться в лёгкой промышленности при производстве, детских товаров, декоративных узоров, сувенирной продукции, обувной промышленности, изготовлении эксклюзивных изображений и т.д. Сущность изобретения заключается способе, включающем в себя этап, на котором происходит обработка графического изображения для использования лазера для нанесения объёмного изображения, этап прикладывания выходного сигнала к материалу, на которое наносится объёмное изображение. Вторая составляющая группы изобретении – это система нанесения объёмного изображения при помощи лазера, включающая компьютер, настроенный на передачу изображения в блок управления лазером, программное обеспечение, позволяющее конвертировать обычное изображение в растровое или векторное и лазер.

Description

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Название изобретения.
Способ и система нанесения объёмного изображения при помощи лазера.
(i). Область техники.
Изобретения относятся к области создания объёмных изображений на вспенином основании, преимущественно на мягком пенополиуретане, при помощи лазера, но также подходит и для иных материалов. Данная группа изобретений может использоваться в лёгкой промышленности при производстве, детских товаров, декоративных узоров, сувенирной продукции, обувной промышленности, изготовлении эксклюзивных изображений и т.д.
(и). Предшествующий уровень техники.
В настоящее время имеется множество способов, как запатентованных, так и нет, нанесения объёмного изображения, гравировки, либо маркировки на различные поверхности при помощи лазера. Одними из главных элементов подобных изобретений является наличие лазера и блока управления таким лазером.
Известно множество различных видов лазеров. Существуют газовые лазеры (гелий- неоновый лазер, аргоновый лазер, углекислотный лазер и др), лазеры на красителях, лазеры на парах металлов (гелий-кадмиевый лазер, гелий-селеновый лазер, лазер на парах меди и др), твёрдотельные лазеры (аллюмо-иттриевые лазеры с легированием неодимом, Лазер на неодимовом стекле, Лазер на александрите с легированием хромом и др.), полупроводниковые лазеры и другие типы лазеров. Для настоящего изобретения важен газовый лазер, а именно: углекислотный лазер, т.к. именно при помощи данного вида лазера проводились эксперименты и был достигнут необходимый результат в виде возможности нанесения объёмного изображения и гравировки на пенополиуретан.
К известным видам нанесения объёмного изображения или гравировки относится механический вид (осуществляется остро заточенной вращающейся фрезой путем резки материала, данный вид гравировки походит в основном для обработки металлов, дерева, пластмасс и иных твёрдых материалов); пескоструйный вид (метод основывается на повреждении поверхности обрабатываемого материала песком или иным абразивным порошком, распыляемым потоком воздуха из специального абразивоструйного аппарата. Пескоструйная гравировка используется при работе со стеклом, натуральным камнем, кирпичом, металлом, пластиком, керамикой, деревом и иным материалом с твердой поверхностью). Однако данные методы не подходят для гравировки или нанесения объёмного изображения на мягкую поверхность, например - пенополиуретан. И в этом
1
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) случае подходит гравировка при помощи лазера. Однако из известного уровня техники не известен способ, позволяющий наносить объёмное изображение или гравировать пенополиуретан без вспомогательных веществ.
Известен метод лазерной гравировки на вспенином основании по патенту US4933205A, дата приоритета 09.10.1987г. (информация о патенте взята из поисковой системы европейского патентного ведомства - Espasenet). Данное изобретение раскрывает способ гравировки на вспенином материале при помощи лазера. Суть данного метода заключается в нанесении на вспениное основание композиции различного состава, так называемой подложки, и обработка вспениного материала через подложку лазером. При этом наносимая композиция должна быть различной толщины и расширяться при нагревании. Признаками этого изобретения, совпадающими с существенными признаками заявленных способа и системы нанесения объёмного изображения на материал при помощи лазера являются использование лазера. Такой метод лазерной гравировки на вспенином основании представляется весьма затратным, как по времени, так и по ресурсам, т.к. дополнительно к лазерному оборудованию и материалу, на который будет гравироваться необходимо нанести подложку, являющуюся нитроцеллюлозной краской, либо основанными на воде чернилами для печати, либо капельками воды, либо иным подходящим веществом. Как один из вариантов нанесения подложки на вспениное основание автор рассматривает печать, что влечёт за собой использование дополнительного оборудования и удорожание процесса производства. Весьма интересно рассмотреть способ нанесения подложки в виде капелек воды, т.к. при таком способе возникает опасность получения неточного, размытого рельефа на вспенином основании, т.к. с помощью капелек воды невозможно точно нанести линии гравируемого рисунка.
Известна система и метод лазерной гравировки на изделии по патенту US20170320348A1, дата приоритета 04.05.2016г. (информация о патенте взята из поисковой системы европейского патентного ведомства - Espasenet). Основной целью данного изобретения является нанесение меток на заготовки, шаблоны. Однако из описания следует, что одной из общих возможностей данного изобретения является создание индивидуальных изображений на заготовках, что является составляющей одной из целей заявленного изобретения. Также необходимо отметить, что признаками данного изобретения, совпадающими с существенными признаками заявленной системы нанесения объёмного изображения на материал с помощью лазера являются наличие лазера, компьютера и блока управления лазером (в описании и формуле изобретения- аналога блок управления лазером указывается как контроллер), а признаками совпадающими со способом нанесения объёмного изображения на материал при помощи лазера являются наличие этапа лазерного травления изображения на материале и этапа моделирования мощности лазера. Исследуя описание данного изобретения-аналога автор пришёл к выводу, что не возможно гравировать пенополиуретан и иное вспениное основание, т.к. в качестве материалов, на которые наносится гравировка и метки выступают стекло и этикетки. К тому же основная цель этого изобретения - это нанесение идентификационных меток на заготовки для дальнейшей обработки. Автор описывает общий принцип работа лазера, которым наносят рисунок или гравюру без конкретизации параметров работы такого лазера. При таких данных представляется сомнительной возможность лазерной гравировки на мягких материалах.
Известны способы и системы высокоскоростной и высокомощной лазерной гравировки по патенту RU2473414C2, дата приоритета 12.06.2007г. (информация о данном патенте взята из инфмационно-поисковой система, размещённой на сайте ФИПС по адресу: hrtp://wwwl.fips.ra/wps/ 537498143584). Это изобретение относится
Figure imgf000004_0001
к способу и системе, основанными на применении лазера, для гравировки изображений на материалах, главным образом, строительного назначения, с большими скоростями обработки, пригодными для производства в промышленном масштабе. При этом авторы изобретения делают упор именно на высокомощную, т.е. более 500 Вт. и высокоскоростную, т.е. быстрее 10 м/с лазерную обработку материалов, используемых в строительстве таких как: гипс, винил, акрил, древесноволокнистые плиты высокой плотности, закаленное стекло, отожженное стекло, композитные смолы, ламинаты, шпон, низкопрофильная ковровая плитка, стекловолокно, керамика, гранит, пластиковые и древесно-пластиковые композитные материалы и другие материалы. Как указано в описании, лазерная гравировка изображений на материале производится на промышленном оборудовании, предназначенном для резки материала. К недостаткам данного изобретения можно отнести использование только промышленных лазеров с большой мощностью и большой скоростью. Подобное оборудование отличается большой ценой по сравнению с лазерными станками с гораздо меньшей мощностью и скоростью. К тому же с помощью такого метода и системы экономически не оправдано создавать эксклюзивные изображения в малых количествах, т.к. это изобретение предназначено для больших объёмов производства. К тому же учитывая мощность лазеров, можно заключить о невозможности применения данного метода к гравировке на пенополиуретане, т.к. материал будет либо просто прожжён, либо на нём будет обыкновенное двухмерное изображение без объёма. К признакам изобретения, совпадающим с существенными признаками заявленного способа нанесения объёмного изображения с помощью лазера на материал относится наличие этапа, на котором прикладывают выходной сигнал лазера к материалу, а в заявленной системе нанесения объёмного изображения на материал с помощью лазера - наличие лазера, блока управления (в изобретении-аналоге такой блок поименован как устройство управления мощностью и скоростью выходного сигнала лазера).
Одной из целей разработки заявленных способа и системы нанесения объёмного изображения на материал с помощью лазера было найти возможность при малых мощностях лазерного оборудования создавать большие объёмы объёмных или выгравированных изображений с наименьшими затратами энергии и времени
Заявленный способ и система нанесения объёмного изображения на материал с помощью лазера устраняет проблемы аналогов и прототипа, позволяют создавать в промышленных масштабах объёмные изображения на вспенином основании без использования дополнительных материалов и оборудования при использовании маломощного оборудования.
Поскольку совокупность существенных признаков изобретения по патенту RU2473414C2 наиболее близка к заявленной группе изобретений, то данный патент взят за прототип.
(ш). Сущность изобретения.
В настоящем описании представлена группа изобретений, а именно: способ нанесения объёмного изображения на материал с помощью лазера и система нанесения объёмного изображения на материал при помощи лазера. Способ предназначен для использования системы.
Первое изобретение является способом нанесения объёмного изображения на материал при помощи лазера. Данный способ включает в себя этап, на котором происходит обработка графического изображения на компьютере для получения возможности использовать лазер для нанесения объёмного изображения на материал. Такая обработка может происходить в графических редакторах CorelDraw®, AutoCad®, PhotoShop®, а также иных графических редакторах, позволяющих конвертировать обычное изображение в растровое и/или векторное изображение. Без данного этапа невозможно будет сделать объёмное изображение, т.к. выходной сигнал лазера наносит изображение на материал путём проставления множества точек именуемых пикселями, а расположение этих точек определяется пикселями на растровом и/или векторном изображении. Способ также включает этап прикладывания выходного сигнала к материалу, на которое наносится объёмное изображение или происходит гравировка. На данном этапе происходит непосредственное испарение части материала за счёт чего происходит нанесение объёмного изображения или гравирования. Способ включает в себя использование углекислотного лазера мощностью не более 60 Вт. и применение скорости не более 0,7 м/с. Опытным путём было установлено, что именно при таких параметрах мощности и скорости возможно создание отчётливого объёмного изображения на пенополиуретане без повреждения самого материала. При этом было отмечено, что при превышении мощности лазера более максимально заявленной пенополиуретан прожигается насквозь, а при увеличении скорости более максимально заявленной не происходит формирование изображения полностью, либо изображение не получается объёмным, либо - не отчётливым. Наиболее качественные результаты, т.е. объёмное изображение с наиболее точными линиями удалось получить из эластичного пенополиуретана плотностью от 16 кг/мЗ до 40 кг/мЗ и жесткостью от 28кПа до 65кПа. При этом в качестве лазера использовался углекислотный лазер.
Второе изобретение группы включает компьютер, настроенный на передачу изображения в блок управления лазером, программное обеспечение, позволяющее конвертировать обычное изображение в растровое или векторное и лазер выходная мощность которого не более 60 Вт. и скорость перемещения не более 0,7 м/с. При этом имеется блок управления лазером. Компьютер выполнен с возможностью хранения информации, указывающей на обработанное изображение, и передачи такой информации в блок управления лазером. В качестве материала используется эластичный пенополиуретан плотностью от 16 кг/мЗ до 40 кг/мЗ и жесткостью от 28кПа до 65кПа. При осуществлении изобретения используется углекислотный лазер.
( ). Осуществление изобретения.
Предлагаемый в настоящем описании способ нанесения объёмного изображения с помощью лазера может быть реализован, по меньшей мере, следующим образом: изображение обрабатывается на компьютере в графической программе CorelDraw® и конвертируется в растровое и/или векторное изображение, если до конвертации изображение не являлось растровым и/или векторным. Во время обработки изображения производится установка его параметров и в таком виде изображение сохраняется на компьютере и передаётся на блок управления лазером, который определяет необходимую мощность выходного сигнала лазера и скорость его работы, т.е. лазерный луч модулируется в соответствии с изображением в пиксельной форме по всей поверхности материала. Далее, необходимый материал, по меньшей мере, пенополиуретан плотностью 16 кг/мЗ, крепится на платформу в устройстве лазерного станка углекислотного типа. Возможно применять пенополиуретан плотностью 17 кг/мЗ, 18 кг/мЗ, 19 кг/мЗ и так далее до 40 кг/мЗ включительно. В ходе экспериментов было установлено, что наиболее качественное объёмное изображение получается при плотности пенополиуретана от 16 кг/мЗ до 40 кг/мЗ включительно, однако это не значит, что данный способ не подходит для пенополиуретана с иной плотности, нежели заявленная. После закрепления пенополиуретана, передачи обработанного на компьютере изображения в блок управления лазером и установки параметров работы лазера происходит процесс нанесения объёмного изображения на пенополиуретана, представляющий собой испарение частичек материала с поверхности пенополиуретана.
Другой вариант осуществления заявленного способа нанесения объёмного изображения с помощью лазера может быть реализован путём обработки изображения на компьютере в графической программе PhotoShop® и конвертации в растровое и/или векторное изображение, если до конвертации изображение не являлось растровым и/или векторным. Во время обработки изображения производится установка параметров изображения, сохранение таких параметров и в таком виде передаётся на блок управления лазером, который определяет необходимую мощность выходного сигнала лазера и скорость его работы, т.е. лазерный луч модулируется в соответствии с изображением в пиксельной форме по всей поверхности материала. Далее, необходимый материал, по меньшей мере, пенополиуретан жесткостью 28кПа, крепится на платформу в устройстве лазерного станка углекислотного типа. Возможно применять пенополиуретан жёсткостью 29кПа, ЗОкПа, 31кПа и так далее до 65кПа включительно. В ходе экспериментов было установлено, что наиболее качественное объёмное изображение получается при жёсткости пенополиуретана от 28кПа до 65кПа. включительно, однако это не значит, что данный способ не подходит для пенополиуретана с иной жёсткостью, нежели заявленная. После закрепления пенополиуретана, передачи обработанного на компьютере изображения в блок управления лазером и установки параметров работы лазера происходит процесс нанесения объёмного изображения на пенополиуретан, представляющий собой испарение частичек материала с поверхности пенополиуретана.
При реализации указанных выше вариантов способа нанесения объёмного изображения с помощью лазера скорость и мощность лазера устанавливаются исходя из сложности объёмного изображения выражающейся в количестве мелких деталей, плавности линий, закруглённых поверхностях и т.д., характеристик материала, на который наносится изображение, в том числе плотности и жёсткости. При заявленных вариантах реализации способом опытным путём было установлено, что объёмное изображение на вспенином основании можно нанести только при мощности лазера не более 60 Вт. и скорости не более 0,7 м/с. Превышая данные показатели лазер либо насквозь прожигал материал, либо изображение получалось очень плохого качества, с кривыми линиями, резкими переходами и иными дефектами. Способ нанесения объёмного изображения на материал при помощи лазера включает в себя растровую и/или векторную технологии. Растровая технология может быть определена, как лазерное рисование графического изображения либо в горизонтальном, либо в вертикальном направлении путем сканирования непрерывным образом назад и вперед, пока графическое изображение не обработано. Векторное рисование может быть определено, как рисование лазером контура каждой отдельной части графического изображения, пока все графическое изображение не выполнено
Второе изобретение группы - система нанесения объёмного изображения на материал с помощью лазера может быть реализовано по меньшей мере следующим образом: система включает в себя компьютер на котором происходит обработка и конвертация изображения в растровое и/или векторное изображение и настроенный на передачу изображения в блок управления лазером; программное обеспечение, позволяющее обрабатывать изображения для последующей передачи в блок управления лазером. Таким программным обеспечением может вступать любой графический редактор, способный конвертировать обычное изображение в растровое и/или векторное изображение и изменять его параметры. В качестве графического редактора может выступать AutoCad®. Система имеет лазер, выполненный с возможностью выдавать выходной сигнал лазера не более 60 Вт., т.к. при наличии сигнала большей мощности объёмное изображение не удаётся нанести на поверхность пенополиуретана. Система имеет блок управления лазером, который задаёт скорость перемещения выходного луча лазера, которая не превышает 0,7 м/с и мощность подходящие для создания переданного компьютером изображения. Система способна наносить объёмные изображения на вспененный материал, по меньшей мере пенополиуретан плотностью от 16 кг/мЗ до 40 кг/мЗ. Иные виды материалов на вспениной основе также могут использоваться для нанесения объёмного изображения.
Другой вариант осуществления системы нанесения объёмного изображения на материал с помощью лазера заключается в наличии компьютера, настроенного на передачу изображения в блок управления лазером на котором происходит обработка и конвертация изображения в растровое и/или векторное изображение, программное обеспечение, позволяющее обрабатывать изображения для передачи в блок управления лазером. Таким программным обеспечением может вступать любой графический редактор, способный конвертировать обычное изображение в растровое и/или векторное изображение и изменять его параметры. В качестве графического редактора может выступать CorelDraw®. Система имеет лазер, выполненный с возможностью выдавать выходной сигнал лазера не более 60 Вт., т.к. при наличии сигнала большей мощности объёмное изображение не удаётся нанести на поверхность пенополиуретана. Система имеет блок управления лазером, который задаёт скорость перемещения выходного луча лазера, не превышающую 0,7 м/с и мощность подходящие для создания переданного компьютером изображения. Система способна наносить объёмные изображения на вспененный материал жесткостью от 28кПа до 65кПа. Преимущественно в качестве вспениного материала выступает пенополиуретан. Иные виды материалов на вспениной основе также могут использоваться для нанесения объёмного изображения. Все опыты по созданию объёмного изображения проводились на углекислотном типе лазера, однако это не означает, что используя заявленную систему невозможно использовать иной тип лазера.
Как упомянуто здесь, «скорость» является скоростью лазерного выходного сигнала (то есть луча) относительно поверхности материала. Относительная скорость может быть переданной путем перемещения лазерного выходного сигнала во время обработки неподвижного материала или путем перемещения материала во время обработки стационарным лазерным выходным сигналом, (лазерным сигналом) или одновременным перемещением лазерного сигнала и материала в разных направлениях и/или при различных скоростях.
Термины «гравировать» или «наносить объёмное изображение», как они использованы в настоящем описании, означают контактировать с материалом с помощью лазерного луча, чтобы создать графическое изображение. В ходе гравировки или нанесения объёмного изображения лазерный луч прикладывает энергию к основе, тем самым вызывая видимое значительное изменение основы, такое как путем удаления покрытия основы, удаление материала основы и т.д. Результатом является трансформация основы, которая заметна визуально. Термин изображение относится к декоративным и художественным рисункам, недекоративным рисункам, шаблонам, графическим картинкам, видам, буквенно-цифровым знакам, логотипам, другим обозначениям и т.д.
Мощность и скорости должны контролироваться, чтобы избежать любых нежелательных последствий сверхобработки, таких как полное обугливание, прожог и/или расплавление материала, на который наносят гравировку.
Компьютерное аппаратное обеспечение и программное обеспечение для осуществления вариантов осуществления изобретения, описанных здесь, может быть любого рода, например, либо общего назначения, либо предназначенным для некоторых конкретных задач, такие как рабочие станции. Компьютеры могут быть компьютерами класса Pentium ®’ рабочими программами Windows ХР®, Windows Vista® или Linux®, или компьютером может быть компьютер Macintosh®. Компьютер также может быть карманным, таким как (Personal Digital Assistant) персональный цифровой секретарь, сотовый телефон или небольшой портативный компьютер.
Выше описаны только несколько примеров реализаций. Другие варианты осуществления, модификации и усовершенствования описанных изобретений могут быть выполнены без отклонения от сущности заявленных способа и системы.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пункт 1. Способ нанесения объёмного изображения на материал, включающий в себя этап, на котором прикладывают выходной сигнал лазера к материалу, отличается тем, что выходной сигнал лазера перемещают относительно материала со скоростью не более 0,7м/с, при этом выходной сигнал лазера имеет постоянную мощность не более 60Вт на протяжении всего периода времени нанесения изображения.
Пункт 2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя этап, на котором сохраняют изображение и в котором этап приложения выходного сигнала лазера включает в себя этап, на котором используют информацию, указывающую на хранящееся изображение, чтобы задавать информацию управления для выходного сигнала лазера.
Пункт 3. Способ по п.1, в котором в качестве материала используют эластичный пенополиуретан.
Пункт 4. Способ по п.1 и п.З в котором в качестве материала используют пенополиуретан плотностью от 16 кг/мЗ до 40 кг/мЗ.
Пункт 5. Способ по п.1 и п.З в котором в качестве материала используют пенополиуретан жесткостью от 28кПа до 65кПа.
Пункт 6. Способ по п.1 в котором используют используется углекислотный лазер.
Пункт 7. Система нанесения объёмного изображения на материал, включающая компьютер, настроенный на передачу изображения в блок управления лазером; программное обеспечение, позволяющее обрабатывать изображения для передачи в блок управления лазером; лазер, выполненный с возможностью выдавать выходной сигнал лазера, отличается тем, что лазер выполнен с возможностью выдавать мощность не более 60 Вт. и перемещаться со скоростью не более 0,7 м/с.
Пункт 8. Система по п.7, дополнительно содержит компьютер, выполненный с возможностью хранения информации, указывающей на обработанное изображение, чтобы задавать информацию управления для выходного сигнала лазера.
Пункт 9. Система по п.7, в которой в качестве материала используют эластичный пенополиуретан.
Пункт 10. Система по п.7 и п.9 в которой используют пенополиуретан плотностью от 16 кг/мЗ до 40 кг/мЗ.
Пункт 11. Система по п.7 и п.9 в которой используют пенополиуретан жесткостью от 28кПа до 65кПа.
Пункт 12. Система по п.7 в которой используют углекислотный лазер.
10
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2019/050014 2018-12-03 2019-02-07 Способ и система нанесения объёмного изображения при помощи лазера WO2020117100A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142418 2018-12-03
RU2018142418A RU2018142418A (ru) 2018-12-03 2018-12-03 Способ и система нанесения объёмного изображения на материал при помощи лазера

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020117100A1 true WO2020117100A1 (ru) 2020-06-11

Family

ID=70974334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/050014 WO2020117100A1 (ru) 2018-12-03 2019-02-07 Способ и система нанесения объёмного изображения при помощи лазера

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2018142418A (ru)
WO (1) WO2020117100A1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008115367A2 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Eggfusion, Inc. Method and apparatus for laser marking objects
WO2008156620A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-24 Technolines, Llc High speed and high power laser scribing methods and systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008115367A2 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Eggfusion, Inc. Method and apparatus for laser marking objects
WO2008156620A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-24 Technolines, Llc High speed and high power laser scribing methods and systems

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018142418A3 (ru) 2020-06-03
RU2018142418A (ru) 2020-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2473414C2 (ru) Способы и системы высокоскоростной и высокомощной лазерной гравировки
CN105817766A (zh) 具有分片优化的激光烧蚀方法
US20120215340A1 (en) Method for the automated production of three-dimensional objects and textured substrates from two-dimensional or three-dimensional objects
US6822192B1 (en) Laser engraving of ceramic articles
RU2016109804A (ru) Способ получения гидрофобной или супергидрофобной топографии поверхности
WO2020117100A1 (ru) Способ и система нанесения объёмного изображения при помощи лазера
RU2756663C1 (ru) Применение способа и системы использования лазера для создания изображения
JPH01114423A (ja) 発泡基材のレーザーエッチング方法
US20160229222A1 (en) Systems and methods of producing images in bas relief via a printer
CN102582335A (zh) 转印模制线刻光影成像的立面装饰方法
CN101046123A (zh) 一种带有激光雕刻图案的木地板及其制造方法
JP2010084056A (ja) 皮革に対する加飾加工法および加飾加工皮革
US20230173761A1 (en) 3d printed object labels
Liu The current application situation and development bottlenecks of 3d printing technology in the field of sculpture
JP3829216B2 (ja) 凹版画線形成体
JP5270186B2 (ja) 金属製ワークの加工方法
JPH1178385A (ja) ウオータジェットによる描画方法
Mizuno et al. Virtual sculpting with a pressure sensitive pen
KR20010082474A (ko) 레이저 조각기를 이용한 비석 및 묘비에 사용되는석판상에 초상화 조각 및 가공
KR20060017074A (ko) 레이저가공 장식품 및 그 제조방법
US10620540B2 (en) Encoded illustrations
CN218430338U (zh) 一种彩色油墨镭雕工艺面板
JP2005279926A (ja) 凹版画線の彫刻方法
RU2561904C2 (ru) Способ получения широкоформатного художественного рисунка на лицевой поверхности натуральной кожи с применением лазерно-гравировального станка
WO2017017641A1 (en) Process for mass-manufacturing at high speed an object having a three-dimensional decorative surface

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19894019

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 04/10/2021)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19894019

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1