激光雕刻技術在木質工藝品制作中的應用

汪玉琪

（陜西理工大學， 陜西 漢中 723001）

引言

由于木材具有材料來源廣泛、材質輕便、可塑性高、低碳環保等優點，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、設計簡單、風格各異、色澤自然、新穎別致。

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

我們經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 激光雕刻技術特點

對于木質工藝品，傳統加工以手工為主，但加工精度與速度等方面都存在一定問題，難以批量生產。但隨著技術的發展和進步，激光加工則可很好地解決此類問題，能夠實現大批量生產。

激光雕刻有其自身顯著的優點：

1）雕刻范圍廣：對被雕刻材料的硬度、表面質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、變形和熱膨脹區域都比較小，一般不需要特殊保護。

4）雕刻能耗少：能量轉換環節少，消耗的能量少，并且能提高工作效率，雕刻過程操作簡單、保護環節少[4]。

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

下面以一個小型木質工藝品——小象筆筒作為實例，詳述激光雕刻技術在木質工藝品制作中的應用。

2 激光雕刻的設備與材料、工具

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

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

準備材料與工具：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

根據設計的工藝品小象筆筒模型列出其構件清單如表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 所示分別為構件1 和構件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 構件清單

3.2 設備調試與準備

圖1 構件1 主視圖（單位：mm）

圖2 構件2 主視圖（單位：mm）

圖3 排版布局圖（單位：mm）

啟動設備，將準備好的3 mm 厚的平整木板置于工作臺上，保證木板平穩。通過升降按鈕調節工作臺面的高度，并根據需要調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，進行效果預覽，確保軌跡正確無誤。

將存好的dxf 格式文件導入到RDWorksV8 軟件中，進行排版布局，獲得最優的效果。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。可以通過調整圖層順序和加工模式設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生較大影響，順序安排不當有時甚至會造成零件報廢，因此必須要注意合理安排。

3.3 參數設置與加工

對于不同的加工材料，根據加工難易程度的不同，要選擇不同的參數。對于該工藝品所使用的3 mm 厚度的木質板材，經過試驗測試，選擇了較為適宜的加工參數，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置好后，可以將其下載到設備中進行脫機雕刻，下載成功后，在設備顯示窗口中能夠預覽將要加工的對象。檢查確保雕刻設備運轉正常，冷卻系統、排氣系統狀態良好，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，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，一個質樸典雅，具有自然氣息的木質工藝品就組裝完成了。當然，對于裝配完成的模型還可以進行上色、涂鴉、自主創作、添加貼飾等其他操作，使之更加賞心悅目。經過上述各個步驟，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，確保模型比例協調。

2）排版要合理，不同部分之間既要注意布局緊湊，節約材料，又要適當留出間距，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等于板材的厚度；當然，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；批量生產時，如果板材厚度發生微小變化，則應適時調整槽口寬度，對圖紙進行相應修改，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，否則后期裝配調整費時費力，會比較麻煩。

4 結語

木質工藝品的市場需求增幅很快，大批量高精度的木質工藝品的生產離不開先進的制造技術。激光雕刻技術在木質工藝品批量生產中非常有優勢，能夠產生較好的經濟效益。木制工藝品的設計、制作、工藝已經日趨走向成熟，高精度的激光雕刻，能夠助推該行業更快更好地發展。當前，我國木制工藝品企業不斷加大產品研發、設計力度，木制工藝品出口增長十分迅猛，出口額明顯增大。隨著激光雕刻技術的發展和進步，其在木質工藝品加工領域的應用前景也必將愈加廣闊。