激光雕刻技術(shù)在木質(zhì)工藝品制作中的應(yīng)用

汪玉琪

（陜西理工大學(xué)， 陜西 漢中 723001）

引言

由于木材具有材料來源廣泛、材質(zhì)輕便、可塑性高、低碳環(huán)保等優(yōu)點，因此非常適合制作各種類型的工藝品[1]。廣義的木制工藝品以各種木頭（包括各種竹類）為主要原料，有機器制作、有純手工制作、有半機器半手工制作、做工精細、設(shè)計簡單、風(fēng)格各異、色澤自然、新穎別致。

木制工藝品種類繁多、式樣豐富，被廣泛應(yīng)用于家居裝飾、禮品饋贈等各種場合。它們經(jīng)過了歲月的沉淀，散發(fā)著古樸的氣息，兼具實用性與觀賞性，具有一定的文化價值和藝術(shù)價值，一直為眾多人群所欣賞和青睞[2-3]。

我們經(jīng)常能夠看到的木制工藝品有：木制筆筒、名片盒、木制文具、木制禮品、木制飾品、小型家具、木制禮盒包裝、木制首飾盒、木制音樂盒等。

1 激光雕刻技術(shù)特點

對于木質(zhì)工藝品，傳統(tǒng)加工以手工為主，但加工精度與速度等方面都存在一定問題，難以批量生產(chǎn)。但隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，激光加工則可很好地解決此類問題，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)。

激光雕刻有其自身顯著的優(yōu)點：

1）雕刻范圍廣：對被雕刻材料的硬度、表面質(zhì)量等均沒有太高的要求。

2）雕刻速度快：比其他雕刻方法快百倍以上，工作安全，控制精確。

3）雕刻質(zhì)量高：可以做到精細雕刻，雕刻品分辨率很高，清潔無污染，被雕刻材料氧化、變形和熱膨脹區(qū)域都比較小，一般不需要特殊保護。

4）雕刻能耗少：能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，消耗的能量少，并且能提高工作效率，雕刻過程操作簡單、保護環(huán)節(jié)少[4]。

正是基于上述諸多優(yōu)點，激光雕刻非常適合用于木質(zhì)工藝品的加工制作。激光雕刻在技術(shù)工藝品制造領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，雕刻木質(zhì)工藝品屬于激光外雕。激光雕刻可以實現(xiàn)木材的切割、鏤空以及各種裝飾圖案的雕刻等。相比于傳統(tǒng)雕刻方法制作需要切割、雕刻、拋光等復(fù)雜過程，激光雕刻既提高了生產(chǎn)效率，又能夠保證加工精度[5]。

下面以一個小型木質(zhì)工藝品——小象筆筒作為實例，詳述激光雕刻技術(shù)在木質(zhì)工藝品制作中的應(yīng)用。

2 激光雕刻的設(shè)備與材料、工具

采用設(shè)備及其主要參數(shù)：非金屬激光雕刻切割機（北京正天激光），設(shè)備型號為E1309M，激光額定輸出功率為100 W，激光波長為10.64μm。

使用軟件：CAXA2013（北京數(shù)碼大方科技股份有限公司），RDWorksV8（睿達科技有限公司）。

準(zhǔn)備材料與工具：800 mm×400 mm×3 mm 輕木板、砂紙、膠水等。

3 制作方法與工藝流程

3.1 加工圖紙的繪制

根據(jù)設(shè)計的工藝品小象筆筒模型列出其構(gòu)件清單如表1 所示。在軟件中繪制工藝品的加工圖紙，如下頁圖1 和圖2 所示分別為構(gòu)件1 和構(gòu)件2 的主視圖。文件保存為“dxf”格式文件，以便激光雕刻切割機的輸出控制軟件RDWorksV8 識別備用[6]。對各個零件的dxf 文件進行排版，獲得最優(yōu)的布局，尺寸大小為240 mm×240 mm，排版布局如下頁圖3 所示。

表1 構(gòu)件清單

3.2 設(shè)備調(diào)試與準(zhǔn)備

圖1 構(gòu)件1 主視圖（單位：mm）

圖2 構(gòu)件2 主視圖（單位：mm）

圖3 排版布局圖（單位：mm）

啟動設(shè)備，將準(zhǔn)備好的3 mm 厚的平整木板置于工作臺上，保證木板平穩(wěn)。通過升降按鈕調(diào)節(jié)工作臺面的高度，并根據(jù)需要調(diào)整好激光頭到木板上表面的距離。通過X、Y軸方向的運動將激光頭移到合適的位置并“定位”，作為雕刻加工的基點。選定加工對象和范圍，可以提前仿真模擬雕刻過程，進行效果預(yù)覽，確保軌跡正確無誤。

將存好的dxf 格式文件導(dǎo)入到RDWorksV8 軟件中，進行排版布局，獲得最優(yōu)的效果。零件排版之后，還可以在期望的位置添加裝飾圖案（如圖4 所示）、文字等，通過雕刻以增強工藝品的美觀性?？梢酝ㄟ^調(diào)整圖層順序和加工模式設(shè)置各部分零件加工的先后順序及加工效果（掃描或是切割的效果）。各加工方式的參數(shù)大小不同，需要雕刻的圖案采用掃描方式加工，孔、槽、外輪廓等則采用切割方式加工。各個加工對象位于不同的圖層，圖層的順序排布代表了各對象的加工順序。在加工過程中，一般的順序是由內(nèi)向外，先掃描后切割、先局部再整體。加工順序會對零件的加工精度產(chǎn)生較大影響，順序安排不當(dāng)有時甚至?xí)斐闪慵髲U，因此必須要注意合理安排。

3.3 參數(shù)設(shè)置與加工

對于不同的加工材料，根據(jù)加工難易程度的不同，要選擇不同的參數(shù)。對于該工藝品所使用的3 mm 厚度的木質(zhì)板材，經(jīng)過試驗測試，選擇了較為適宜的加工參數(shù)，分別為：掃描模式下，速度為100 mm/s，功率為30%；切割模式下，速度為15 mm/s，功率為75%。

所有對象的加工順序和模式設(shè)置好后，可以將其下載到設(shè)備中進行脫機雕刻，下載成功后，在設(shè)備顯示窗口中能夠預(yù)覽將要加工的對象。檢查確保雕刻設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)狀態(tài)良好，蓋上防護蓋后就可以通過操作面板中的“啟動”或者計算機軟件中的“開始”正式進行加工了。加工時，激光頭從定位的雕刻基點出發(fā)，自上而下、自右向左運動。

3.4 模型組裝與修飾處理

雕刻切割完成以后，打開防護蓋，取出各零部件，并對其進行編號，以免組裝時弄混。對于局部炭化的部分予以打磨清理，使之更加美觀。隨后對照編號，按照一定的順序進行裝配，接口裝配困難的可以細微打磨一下接口處，使之能夠順利裝上；如有個別部位裝配后仍有縫隙，有松動現(xiàn)象的，可以稍微涂抹點膠水，靜置片刻，使之連接牢固。最后，一個質(zhì)樸典雅，具有自然氣息的木質(zhì)工藝品就組裝完成了。當(dāng)然，對于裝配完成的模型還可以進行上色、涂鴉、自主創(chuàng)作、添加貼飾等其他操作，使之更加賞心悅目。經(jīng)過上述各個步驟，一個精致的小象筆筒也就制作完成了，裝配實物如圖5 所示。同時，小象筆筒前端的鼻子上還可放置手機，能夠當(dāng)作手機支架，非常實用。

圖4 裝飾圖案

圖5 小象筆筒裝配實物

3.5 加工制作注意問題

1）選擇合適的比例，確保模型比例協(xié)調(diào)。

2）排版要合理，不同部分之間既要注意布局緊湊，節(jié)約材料，又要適當(dāng)留出間距，考慮到激光光斑直徑、加工路徑的細微影響。

3）零件排版時，每版的幅面大小不能超過工作臺的工作范圍，否則局部越界，無法完成加工。

4）理論上來講，需要裝配處的槽口寬度應(yīng)等于板材的厚度；當(dāng)然，激光的光斑直徑也是需要考慮的，加工時可以通過試切法檢測具體的誤差值，修改圖紙，給定一個補償量，從而最終獲得滿意的加工效果；批量生產(chǎn)時，如果板材厚度發(fā)生微小變化，則應(yīng)適時調(diào)整槽口寬度，對圖紙進行相應(yīng)修改，以確保零部件最終能夠進行裝配。

5）同一工藝品上的不同零部件，盡量排布在一張板材上完成加工，如需在幾張板材上進行加工，一定要盡量選擇板材厚度一致，誤差較小的，從而保證加工效果的一致性，否則后期裝配調(diào)整費時費力，會比較麻煩。

4 結(jié)語

木質(zhì)工藝品的市場需求增幅很快，大批量高精度的木質(zhì)工藝品的生產(chǎn)離不開先進的制造技術(shù)。激光雕刻技術(shù)在木質(zhì)工藝品批量生產(chǎn)中非常有優(yōu)勢，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。木制工藝品的設(shè)計、制作、工藝已經(jīng)日趨走向成熟，高精度的激光雕刻，能夠助推該行業(yè)更快更好地發(fā)展。當(dāng)前，我國木制工藝品企業(yè)不斷加大產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計力度，木制工藝品出口增長十分迅猛，出口額明顯增大。隨著激光雕刻技術(shù)的發(fā)展和進步，其在木質(zhì)工藝品加工領(lǐng)域的應(yīng)用前景也必將愈加廣闊。