Aula nº2: Cortadora a Laser

Uma das máquinas mais espetaculares de ver em ação é a cortadora a laser. Ao contrário de outras máquinas, como a impressora 3D ou mesmo a fresa CNC, a cortadora a laser tem um lado mágico, à medida que tudo que você consegue ver é uma linha de fogo cortando o material com rapidez.


Quando comecei a investigar o universo ‘maker’, a primeira máquina que atraiu meu interesse é a impressora 3D. Porém, durante minha primeira visita ao Techshop, em fevereiro, ouvi uma frase muito interessante: a impressora 3D é o “forno de microondas” do fazedor. É uma ferramenta conveniente e de uso prático, mas que não resolve as coisas sozinha, e também não permite ainda atingir toda qualidade e flexibilidade de preparo de uma cozinha completa.

Quais seriam então as ferramentas da “cozinha básica” do fazedor? A resposta: além da impressora 3D, as outras máquinas essenciais são a cortadora laser e a fresa CNC. Então, isso explica o interesse pela cortadora laser para minha segunda aula.

O que é a cortadora laser

A cortadora laser opera com um feixe de laser muito intenso que corta materiais que podem ser rapidamente derretidos ou incinerados pelo calor intenso e concentrado. A potência do laser varia entre 40W e 120 W; a maior parte das máquinas opera entre 60W e 80W, que é suficiente para a maioria dos materiais. Entre os materiais que podem ser cortados, podem ser usados: papel, papelão, papel cartão, acrílico, diversos tipos de plástico, madeira, MDF, etc.

Além do corte, a máquina pode ser calibrada para fazer a gravação nos materiais citados e em vários outros, incluindo vidro e metais macios como o alumínio, desde que devidamente revestidos com uma camada que possa ser gravada.

Apesar de ser possível gravar o alumínio anodizado ou revestido, a cortadora não pode ser usada para cortar metais, por razões de segurança: a superfície do metal reflete o laser, que retorna para os componentes ópticos e pode danificar ou inutilizar a cortadora.

Um detalhe interessante é a possibilidade de combinar as duas funções em uma única impressão. Enquanto eu estava na sala, vi um designer preparando um cartão de visita feito dessa forma, com a impressão gravada no papel e recortes trabalhados. Ficou um trabalho muito bem feito, comentado mais abaixo.

Diferente da impressora 3D e da fresa CNC, a cortadora a laser opera com cortes planos, em duas dimensões. Apesar disso, é possível usar essa máquina para fazer objetos em 3D. Existem várias formas de fazer isso, como empilhar vários cortes, ou ainda, fazer montagens com encaixe. A precisão do corte a laser permite encaixes muito precisos de diversos materiais, e permite construir não só caixas simples como também montagens mais complexas.

Preparação da Cortadora a Laser

No modo de focalização, o carro pode ser movido manualmente no eixo XY. Porém a movimentação no eixo Z (altura) é sempre feita pelo painel.

Antes do uso a cortadora precisa ser calibrada, para que o laser esteja focado exatamente em cima do material a ser cortado. Se o foco estiver ruim o material pode ficar queimado ou pode até nem ser cortado. Para calibrar, é necessário colocar o material na mesa de corte e posicionar o laser no centro do material.

O painel possui comandos para mover o carro em todas as direções. Para calibrar mais rapidamente, o botão X/Y Off desliga os motores do eixo XY e permite a movimentação manual do carro até a posição desejada. As setas verticais permitem a movimentação no eixo Z (altura); não é possível mexer na altura manualmente.

A mesa de impressão é uma “colméia” de metal, que inclusive precisa ser retirada para limpeza periódica. O material a ser gravado ou cortado deve ser colocado diretamente na mesa, tomando cuidado para que esteja bem alinhado e plano. Se o material estiver mal posicionado, a altura do laser poderá ficar errada prejudicando a operação.

O momento da calibração deve também servir para conferir se o carro de corte está limpo. O carro de corte possui um sistema de espelhos e uma lente que é usada para concentrar o laser no ponto exato. Na foto acima é possível ver o fundo do espelho inclinado a 45°; a lente fica bem embaixo do espelho. É essencial manter a lente e o espelho limpos, sem nenhuma mancha; qualquer mancha pode causar superaquecimento e consequente quebra da lente. A recomendação é não tentar limpar o conjunto com nenhum material, e se por acaso o mesmo estiver sujo, solicitar a limpeza ou até a troca.

Na foto é possível observar o acessório de calibração. A altura deve ser calibrada de forma que o papel consiga passar por baixo do bico do acessório com uma leve resistência, sem ficar preso. Vejam também no carro a lente de cor amarela, que deve estar completamente limpa.

Finalmente, a calibração! A cortadora vem com um acessório de metal para facilitar a calibração, que é um “bico” de metal (visível na foto ao lado) que encaixa no carro de impressão. Deve ser possível passar uma folha de papel comum por baixo do bico, de forma que ele passe com firmeza mas sem ficar preso com atrito excessivo. O usuário vai subindo ou descendo a mesa usando os comandos do painel até ficar satisfeito com o resultado. Uma vez posicionado, basta selecionar o comando de “Reset” no painel para sair do modo de foco.

Atenção: O bico deve ser retirado durante o uso e serve exclusivamente para calibrar a impressora. A instrutora solicitou com bastante insistência que tomássemos cuidado onde deixar o bico, porque ele é pequeno e pode ser perdido facilmente. Felizmente o bico é magnetizado e pode ser guardado facilmente “colado” na carcaça da cortadora.

Preparando um desenho

A cortadora aparece no computador como se fosse uma impressora, e pode ser utilizada com programas vetoriais como o CorelDraw e o Adobe Illustrator. Nossa aula foi feita com o CorelDraw mas a instrutora comentou que é questão de preferência.

Programas de desenho vetoriais, como é o caso do CorelDraw, trabalham com objetos que podem ser desenhados com traços contínuos. Os desenhos podem ser coloridos com preenchimento das áreas com cores ou padrões. A cortadora laser usa as caracteristicas do desenho para interpretar quais partes devem ser gravadas, e quais deve ser cortadas:

  1. Os traços mais finos possíveis (‘hairline’ no CorelDraw) são interpretados como instruções de corte.
  2. O traços mais espessos e as áreas coloridas são interpretadas como instruções de gravação. O tom de cinza ou a cor da área indica a intensidade da gravação.

Desta forma um só desenho pode ter tanto instruções de gravação, como de corte. Isso abre boas possibilidades criativas.

Posicionamento do desenho e do material

Com o desenho pronto, é importante conferir o posicionamento do material. É um tema importante e que merece uma explicação à parte, talvez em outro post dessa série, porém, vamos dar uma explicação simples por enquanto.

Existem duas formas de posicionar: pelo canto superior esquerdo da desenho, e pelo centro do desenho.

Se você tiver um desenho retangular e for gravar ou corta uma folha de papel ou chapa de plástico o processo é simples, basta posicionar a peça no canto superior esquerdo da mesa de corte e certificar que o desenho a ser impresso cabe na folha.

Porém, o se você estiver gravando um objeto irregular, ou muito pequeno, como fazer o posicionamento? Esse problema ficou evidente logo na nossa segunda experiência com a cortadora, ao fazermos as gravações das “dog tags”, aquelas plaquinhas de alumínio típicas de filmes militares americanos. Nesse caso, para gravar uma única plaquinha, pode ser mais fácil e mais preciso se você posicionar a impressora para centralizar o desenho no meio da peça. Assim não é necessário “adivinhar” o local exato da peça na mesa de corte.

Para fazer o posicionamento centralizado, basta desligar o carro de corte, mover para a posição desejada e pressiona o botão “Set Home”. A cortadora possui um “laser de referência” vermelho, que é visível e facilita o alinhamento exato.

Analisando o tipo de material

A cortadora oferece diversos parâmetros que podem ser ajustados de acordo com o material a ser cortado ou gravado. As mudanças podem ser feitas no driver de impressão da cortadora a laser, acessado pela caixa de impressão do aplicativo utilizado (CorelDraw ou Adobe Illustrator).

IMPORTANTE: a instrutora foi MUITO insistente em explicar que não se deve nunca, em nenhuma hipótese, usar a função de auto-foco, porque ela não funciona direito e pode até danificar a cortadora. Fica o registro. O foco deve ser feito sempre manualmente.

A opção de resolução pode ser selecionada em qualquer nível, mas os melhores resultados para gravação geralmente são com 600 dpi ou 300 dpi. A seleção do ‘Job Type’ permite escolher se vai ser feita a gravação, o corte, ou as duas operações. É bom lembrar que linhas finas, tipo ‘hairline’, são cortadas e o as linhas mais espessas e áreas preenchidas são gravadas de acordo com o tom de cinza ou a cor. Se um desenho tiver as duas coisas, escoha a opção ‘Combined’. Já a opção ‘Piece Size’ indica o tamanho do material a ser cortado, e opera em conjunto com a opção ‘Center Engraving’.

Do lado direito da janela, ficam as duas partes mais importantes:

  1. O bloco de ‘Raster Setting’ permite regular a velocidade e a potência da gravação. Cada material tem um valor apropriado, que costuma ser informado pelo fornecedor. Se a velocidade for muito alta ou a potência muito baixa, o a gravação pode ficar muito fraca e pouco visível. Se a velocidade for muito baixa ou a potência muito alta, o material pode pegar fogo (literalmente). O papel cartão usado neste exemplo trabalha com 60% da velocidade máxima e 30% de potência. Há outros parâmetros mais avançados que afetam o mapeamento das cores e o sentido de impressão.
  2. O bloco de ‘Vector Setting’ permite regular não só a velocidade e a potência do laser para corte do material, mas também a frequência. Isso é necessário porque o laser para fins de corte opera com pulsos na frequência estabelecida. Como já foi dito, esses parâmetros dependem do material em uso.

Você pode imaginar qual a razão de ter dois parâmetros (velocidade e potência) em vez de ter só a potência. E a explicação é simples: a mecânica da cortadora.

Quando a cortadora vai gravar uma imagem larga, o carro de corte se move por uma distância grande, e tem um certo tempo para acelerar e freiar a cada vez que ele corre a largura do desenho. Com um desenho estreito, isso não acontece; o carro troca de direção muito rápido e isso causa uma grande vibração que pode estragar a máquina. Assim, sempre que o desenho for estreito, é preciso reduzir a velocidade. Só que se você reduzir a velocidade e mantiver a potência do laser, ele irá queimar com mais força e pode incinerar o material; por isso a velocidade deve ser reduzida na mesma proporção.

Para dar um exemplo, um desenho de 40 cm de largura pode ser impresso na velocidade máxima, sem necessidade de ajustar a potência. Já um desenho de 10 cm de largura tem que ser impresso no máximo com 60% de velocidade. Se a potência com 100% da velocidade era de (digamos) 80%, com 60% da velocidade ela deve ser reduzida para cerca de 50%. Assim fica mantida a proporcionalidade.

Enviando o trabalho para a cortadora

Feitos os ajustes, o material pode ser enviado para a cortadora a laser. Ao acionar a opção de impressão, o arquivo vai para a cortadora e fica na sua memória. Dessa forma, com uma única ‘impressão” é possível disparar várias cópias consecutivas sem usar o computador novamente.

Antes de imprimir a primeira vez, uma dica útil é abrir o vidro superior da cortadora e disparar a operação de corte, pressionando o botão verde do painel. A cortadora vai iniciar o corte sem acionar o laser. Dessa forma é possível verificar a movimentação da cabeça de corte e ver se está cobrindo a região desejada. O “laser pointer” pode ser ligado para ajudar a conferir.

Uma vez que você confirme que o desenho está sendo posicionado no local correto em cima do material, você pode pressionar o botão vermelho para parar a impressão, e pressionar o botão de “reset” para voltar ao começo. Feche a tampa, pressione o botão verde novamente, e acompanhe a impressão pela janela até o fim!

Resultados

À esquerda, uma plaqueta gravada, feita alumínio revestido, À direita, um cartão de visita bem elaborado. As letras brancas não são impressas no cartão, são gravadas diretamente no papel, dando o efeito de impressão em branco. Os dados pessoas do designer foram apagados propositalmente.

O resultado do corte a laser varia muito de acordo com o material. O cartão de visitas à direita da foto acima é um exemplo mais elaborado. O próprio cartão e o recorte foram cortados com a impressora, e o texto é gravado diretamente no papel. Do lado esquerdo, temos uma plaqueta de alumínio gravada. O efeito é bem duradouro pois não depende de tinta.

O que pode dar errado?

Existem dois tipos de problema com a cortadora: o resultado pode não ser satisfatório, ou o material pode pegar fogo… literalmente.

Resultados ruins são normais quando se está aprendendo a usar com um material, até acertar os parâmetros de velocidade, potência e frequência. A solução é simples e pragmática: ajustar um parâmetro de cada vez e ir acompanhando para ver os resultados. É um processo que pode ser tedioso mas é necessário, porque cada material se comporta de uma forma, e qualquer mudança afeta o resultado final.

Já o problema do fogo parece muito mais sério, e de fato é, mas de uma forma bem relativa. A cortadora é construída para ser segura e não tem peças inflamáveis na área de impressão. Com exceção de alguns materiais altamente inflamáveis (ex: espumas plásticas comuns) que não devem ser cortados nesse tipo de máquina, a maioria dos materiais não sustenta a combustão contínua mesmo depois de uma pequena chama na sua superfície. Isso inclui madeiras, MDF, e variados tipos de papel.

Na ocorrência pouco provável de um princípio de incêndio dentro da máquina, a solução mais rápida é abrir a porta superior. O laser será imediatamente desligado e o próprio movimento, somado à ventilação, faz com que o fogo se apague muito rapidamente. Pode parecer perigoso mas a aula prática inclui uma demonstração, conforme a imagem abaixo:

Na imagem é possível ver que além do brilho intenso do laser, há fagulhas voando! No entanto, foi só levantar a tampa da impressora que a combustão cessou imediatamente.

É importante lembrar que a potência do laser é concentrada em um ponto muito pequeno, e que por isso o material não atinge a temperatura de combustão em uma área suficientemente grande para manter o fogo. Além disso, para o caso pouco provável de um incêndio, há um extintor bem ao lado da impressora, equipado com gás inerte (não se usa água nem pó químico para não estragar nada).

Limpeza da cortadora

A mesa pode ser removida, facilitando a limpeza do fundo. Note as duas saídas de ar na parede posterior, que servem para exaustão do ar evitando que a fumaça fique dentro da máquina.

A limpeza da cortadora laser após o uso é bem simples, basta levantar a mesa de corte e aspirar os resíduos de corte e pequenas partes (fibras, fragmentos de papel) queimadas que ficam no fundo.

Outro ponto interessante da instalação da cortadora, relacionado com a limpeza, é a necessidade de ter uma saída de ar para eliminar fumaça e gases potencialmente nocivos que sejam liberados durante o corte. Certos tipos de material (como PVC, por exemplo) não podem ser cortados na máquina porque o aquecimento ou queima liberar compostos altamente tóxicos ou corrosivos.

Mesmo materiais sem potencial de risco à saúde como MDF ou papel liberam um pouco de fumaça quando são gravados ou cortados. A fumaça prejudica a visibilidade e no pior caso, prejudica a própria operação da máquina. Por essa razão todas as máquinas do TechShop que liberam esse tipo de emissão possuem um sistema de exaustão para o ambiente externo, o que mantém a operação da cortadora a laser mais limpa.

Observações finais

  1. A recomendação expressa é: nunca deixe sua cortadora laser operando sozinha. Monitore a operação continuamente. A qualquer sinal de problemas, levante a tampa ou interrompa a operação.
  2. Apesar de parecer complicado e até perigoso, o uso da cortadora a laser é simples, é mais uma questão de costume e um pouco de atenção. A maioria dos parâmetros pode ser identificado com uma certa facilidade. Para o restante, um pouco de “tentativa e erro” ajuda.
  3. É bom sempre levar um pouco de material de teste para calibrar a operação. A pior coisa que existe é você começar direto na peça final e destruir um bloco de material caro e que você pode não conseguir para pronta entrega.
  4. No caso do TechShop, boa parte dos parâmetros de impressão fica afixado em local visível na sala da cortadora a laser. Em último caso, sempre tem alguém por perto para perguntar.