激光雕刻在刨切薄竹家居產品中的應用

文 蔚建元

激光雕刻在刨切薄竹家居產品中的應用

文 蔚建元

隨著科學技術的不斷進步，激光雕刻在竹木加工領域也得到了廣泛應用。進行對激光雕刻及其特點進行概括，總結薄竹表面雕刻肌理特點，介紹激光雕刻薄竹工藝及注意事項，為今后進一步相關研究提供了借鑒。

薄竹；激光雕刻；雕刻工藝

一、激光雕刻工藝及特點

激光雕刻是以數控技術為基礎，以激光為加工媒介，加工材料在激光照射下，溫度瞬間升高，激光照射到的材料發生熔化和氣化，在激光照射的同時，利用數控技術使材料或者激光移動，從而達到加工的目的。由于激光有高方向性、高亮度、單色性等特性，所以激光雕刻有傳統雕刻不具備的特點，加工時與材料表面沒有接觸，不受機械運動影響，材料不會變形，無需特別固定，加工時無刀具的損耗，受材料的理化性能影響較小，所以加工范圍較廣，加工速度快，加工穩定，精度高，經濟效益好。

二、刨切薄竹及表面雕刻肌理特點

刨切薄竹是利用竹材料人為制造的一種新型表面裝飾材料，它具有竹材料的紋理和質感，給人以回歸自然的感覺，在當今自然資源逐步匱乏的年代，是一種很好的新型材料。

1.薄竹制造工藝

薄竹的生產過程由竹板制造、竹方制造、竹方刨切、薄竹后續加工等步驟組成。其工藝流程如下:

原竹→橫截、縱鋸→粗刨→蒸煮、三防處理→干燥（或炭化） →精刨→涂膠、陳化→組坯、熱壓→集成竹板→砂光或刨光→濕處理→涂膠→組坯→冷壓濕膠合→竹方養護→軟化、刨切→薄竹干燥→拼寬（接長）→貼無紡布（紙） →裁邊→修補→成品

2.薄竹激光雕刻特征

在利用激光加工薄竹時，理論上有兩種方法：蒸發和燃燒。當激光功率足夠大時，照射到材料上，材料就會氣化蒸發，蒸發時，加工速度非常快，能量傳輸不到未雕刻的材料，材料表面只會輕微發暗，所以蒸發是較理想的加工方法；若激光功率不足，加工時，材料就不會蒸發，只會燃燒，加工后材料表面就會碳化，影響美觀。

實際激光雕刻薄竹時，蒸發和燃燒兩種現象都會出現，因為受技術的限制，現有的激光照射光束不均勻，總有部分激光光束功率密度較低，達不到蒸發的條件，所以市場上看到的激光雕刻產品總有碳化現象，只不過有的產品嚴重，有的產品則較輕。

三、薄竹激光雕刻加工

1.加工設備與材料

激光雕刻機通常采用CO2激光器,該雕刻機最大加工尺寸為1200×950 mm，最高進給速度為2100 mm/min，采用波長為10.6 um的紅外線作為切割激光，最大工作點電流為28 mA，最大的輸出功率為70 W。

要加工的薄竹最好質地均勻，表面平整，這樣的材料加工出來效果理想，否則會影響美觀。

2.加工分類及雕刻圖像的生成

（1）加工分類

激光雕刻機可以進行浮雕雕刻和鏤空雕刻。浮雕加工時，我們可以利用Photoshop軟件將圖像轉化為BMP格式位圖，然后在專門的雕刻軟件立面設置加工參數就可以開始加工，激光頭左右移動，根據圖像點陣效果自行識別高低，每次橫向移動形成由許多高低不同的點組成的線，然后激光頭再向上移動，最后由多條線組成整幅圖案，浮雕、圖章都可以采用這種方法。

激光雕刻機

刨切薄竹與竹筒

鏤空雕刻主要是矢量加工，加工時，激光頭沿矢量圖對材料進行切割。利用AutoCad、 Coreldraw等矢量軟件設計出所要加工的圖形，保存為DXF、PLT和AI格式文件，然后再在激光雕刻軟件打開圖形，設置加工參數，輸入到激光雕刻機進行加工制作。

（2）雕刻圖像的生成

目前，圖像處理方法大致可分為兩類：一類是突出圖像中某些信息的圖像銳化，另一類是減少模糊的圖像平滑，經過這兩種方法處理后，圖像質量都會提高，但是這樣處理的灰度圖不一定符合激光雕刻特點。激光雕刻的灰度圖要求圖像質量提高的同時，灰度級別還應減少，灰度密度均勻分布，而傳統的兩類圖像處理方法都不易做到，所以激光雕刻圖像生成需要一種新的處理方法：直方圖均衡化法。該方法是以累計分布函數變換為基礎的圖像處理方法，產生的圖像擴展了像素的取值范圍，灰度級別分布較均勻，具體來說，就是圖像上各個像素的灰度值按某個函數發生了變換。

3.雕刻參數設置

（1）加工速度

加工速度指的是激光頭橫向移動的進給速度，通常用IPS（英寸/秒）表示，進給速度越快，生產效率越高，同時，速度又與雕刻深度有一定的關系，激光強度不變，速度越慢雕刻深度越深，速度越快，雕刻深度越淺，加工的進給速度可以在雕刻軟件里面設置，也可以利用雕刻機加工控制面板適當調整，加工速度與加工材料的質地、加工圖形的復雜程度有直接關系。

（2）雕刻強度

雕刻強度指用于加工材料的激光功率大小。雕刻速度固定，雕刻強度越大，雕刻深度就越深，反之，則越淺。操作人員可以利用雕刻軟件和雕刻機控制面板來對雕刻強度進行設置，調整范圍從1到100，最小調整幅度為1。

（3）光斑大小

光斑大小與加工圖形圖像和加工精度息息相關，復雜細致的圖形圖像和精度要求高的加工要用小光斑，反之則用大光斑，光斑的大小通過不同焦距的透鏡進行調節，現在激光雕刻時常用2.0英寸透鏡產生的光斑，因為其產生的光斑大小適中，基本可以滿足各種加工要求。

4. 激光雕刻薄竹相關產品

刨切薄竹作為一種新興的飾面材料，它美麗的色澤和紋理，以及良好的加工性能使其在家具和家居制品中使用越來越廣泛。本文將激光雕刻技術應用到刨切薄竹及其制品的加工中，為薄竹家居制品的設計及表面處理提供了一種新的思路，介紹了激光雕刻薄竹的流程及注意事項，以期為今后相關應用提供一些借鑒。

[1]賈永紅.計算機圖像處理與分析 [M]. 武漢: 武漢大學出版社，2001.

[2]葉小蒲.基于圖像處理的激光雕刻控制系統的研究[D].武漢大學，2004.

[3]李延軍, 杜春貴, 劉志坤,等. 刨切薄竹的發展前景與生產技術[J]. 林產工業, 2003，30（3） : 36-381

[4] 趙靜.木質材料激光雕刻加工技術的研究[D].北京林業大學，2007.

[5] 任心波，汪珂. 一種具有仿形功能的竹材激光雕刻機的設計[J]. 浙江林業科技，2008，28（6）.

［作者單位］山西林業職業技術學院