Главная / Справочные... /

Технология производства акрилайтов

Благодаря своему оригинальному виду и способности вписаться практически в любой интерьер, акрилайты широко распространились и выделились в отдельный вид рекламных вывесок, который называют — световые панно с торцевой подсветкой или акрилайт.

Прозрачный пластик, с одной стороны которого выгравирована надпись или рисунок, при торцевой подсветке создает иллюзию висящих, светящихся букв или элементов. Те, кто оценили преимущества таких вывесок для рекламы и приступили к их производству, столкнулись не только с трудностью выбора подходящего материала, но и с рядом проблем, связанных с гравировкой. Хотя многие рекламные компании имеют установки для контурной фрезеровки твердых листовых материалов, отсутствие подходящих инструментов и опыта не позволяет им перейти от простых контурных линий к более сложным изображениям с заливкой. Но даже в простых изображениях обнаруживаются некоторые недостатки.

Практически любой способ гравировки по контуру фрезой или лазером, оставляющий глубокий след в пластике, может дать эффект свечения контура. При подсветке с торца, благодаря чрезвычайно малому поглощению световой энергии акриловым материалом и полному внутреннему отражению на границе раздела с воздухом, поток света проходит несколько раз от одной торцевой стороны к другой, заполняя весь внутренний объем прозрачной среды. На предварительно отполированные торцы приклеивается зеркальная пленка, например, ORACAL 351 или Ritrama 671/50 для улучшения отражения. Если торцевой источник света — люминесцентная лампа или линейка светодиоов — спрятан в профиль так, что внешнему наблюдателю его не видно, то создается полная иллюзия того, что буквы светятся сами по себе. Используя цветные светодиоды или светофильтры для люминесцентной лампы, поместив самоклеящуюся транслюцентную пленку ORACAL 8300 на выгравированные части, можно сделать светящуюся вывеску цветной. Применив программируемый источник питания для линейки светодиодов, можно получить динамические эффекты изменения цвета. Красиво выглядят наклеенные с лицевой стороны буквы из светорассеивающей витражной пленки различных цветов, которые подсвечиваются сзади светящимся контуром, сделанным с помощью гравировки в листе акрила.

Принцип действия

Принцип работы основан на известном явлении полного внутреннего отражения, суть которого, применительно к нашему случаю, поясняется на рисунке 1.

Попадая на границу раздела двух прозрачных сред (прозрачный пластик — воздух) под углом, свет испытывает преломление на угол χ в соответствии c законом Снеллиуса, который выражается соотношением

n1•sin(χ)=n2•sin(ϕ),

где n1 и n2 — показатели преломления прозрачных сред воздуха и пластика.

Распространяясь в оптически более плотной среде (с большим показателем преломления n2), когда угол падения превосходит некоторый критический угол кр, преломление света в менее плотную среду прекращается, и свет начинает полностью отражаться от границы раздела. Это и есть явление полного внутреннего отражения. Критический угол, называемый углом Брюстера, зависит от соотношения оптической плотности сред на границе раздела и вычисляется по формуле:

ϕ кр = arcsin(n1/n2).

Для акрила угол Брюстера имеет значение 42,51°. Таким образом, лучи света, попадающие на торец пластика под углами, не превышающими некоторый критический угол, испытывают в среде прозрачного пластика полное внутреннее отражение (~100%) на границе с воздухом и возвращаются обратно в пластик. Свет распространяется в нем, поочередно отражаясь от передней и задней поверхностей, множество раз, и, если на пути нет препятствия для его отклонения, то он не выходит наружу, и для внешнего наблюдателя пластик останется темным. Встречая же на своем пути препятствие в виде следа гравировки, свет рассеивается, и та часть энергии, которая падает на поверхность пластика под углами больше критического, выходит наружу и проявляется в виде яркого свечения. Если грани выфрезерованного паза будут не абсолютно гладкими, а матовыми или шероховатыми, то свет будет виден почти под любыми углами наблюдения к поверхности. Если же грани паза будут отполированы, то яркость свечения контура будет более высокой. Добиться такой полировки можно при использовании специальных и качественных полировочных фрез, а также с помощью огневой полировки.

При аппликации самоклеящихся светорассеивающих виниловых пленок наблюдается эффект подсветки изнутри. Так как показатель преломления прозрачного клея для этих пленок имеет промежуточное значение между показателями воздуха и акрилового стекла, то лучи света, падающие под углами к поверхности даже меньшими, чем указанный выше угол Брюстера, проникают в пленку тонирующего материала и интенсивно рассеиваются в нем, выходя наружу. Этот свет также виден для наблюдателя. Если закатать всю поверхность полупрозрачной светорассеивающей виниловой пленкой, то интенсивность света будет быстро затухать от одного края, где расположен источник света, к другому, и эффект подсветки будет сильно неоднородным. В случае если гравировка сделана по контуру буквы, на которую наклеена транслюцентная пленка ORACAL 8100 или 8500, то часть рассеянного света от паза будет освещать эту виниловую пленку.

В связи с этим обратим внимание на два часто встречающихся недоразумения. Если с лицевой стороны акрила не была снята защитная пленка, то при подсветке она будет интенсивно поглощать свет и эффект акрилайта будет весьма далек от ожидаемого. И если закатать всю поверхность, например, для фоновой подсветки, то световой эффект выразится в сильной засветке только небольшой полосы возле источника освещения, в то время как остальная часть будет неравномерно освещена с быстрым падением интенсивности. Приведенное описание позволит сформулировать некоторые принципы конструирования световых панно, позволяющие избежать многих ошибок, которые часто допускают производители рекламы, конструирующие свои изделия.

Система освещения

Очевидно, что освещать торец пластика следует линейным источником света, при этом располагая его как можно ближе к торцу пластика. Диаметр источника света следует выбирать как можно меньший. При этих условиях большая часть энергии, излучаемая источником в передний полуцилиндр, попадет на торец пластика. Приходится, однако, мириться с тем, что вся энергия, излучаемая в задний полуцилиндр люминесцентной лампы, расходуется бесполезно. В практическом плане вышесказанное означает, что при применении стандартных ламп дневного света (например, ламп фирмы PHILIPS) при прочих равных условиях предпочтение следует отдать лампам типа Т5 (PHILIPS Master TL5), имеющим по сравнению с лампами типа Т8 меньший диаметр (16 мм). Основными преимуществами ламп Т5 являются более высокая светоотдача — это отношение светового излучаемого потока к потребляемой мощности (до 104 лм/Вт), по сравнению с лампами Т8 предыдущего поколения (до 85 лм/Вт), а также больший срок службы — 20 тыс. часов по сравнению с 8 тыс. часов. Спад светового потока на протяжении всего срока службы у ламп Т5 составляет максимум 10%, а у ламп Т8 — 20%.

Отличный результат можно получить, применив в качестве источника света ставшую теперь общедоступной неоновую систему с трубкой требуемого диаметра.

 И, наконец, идеальное решение — применение линейки светодиодов с малыми углами излучения. Светодиоды на гибком шлейфе позволяют сделать подсветку не только прямоугольного акрилайта, но и вырезанного в виде фигуры с плавно изменяющимся контуром, например, круга или ромашки.

Система профилей

Для акрилайта разработаны простые профильные системы, которые легко собираются и подходят для различных толщин акрилового листа. Эта система может быть смонтирована на стене с помощью шурупов-саморезов, подвешена на тросах или прикреплена на кронштейне.

Акрил и его обработка

Самым важным вопросом является выбор листового прозрачного материала и параметров пластика. Он, прежде всего, должен обладать подходящими оптическими свойствами — высокой прозрачностью во всем видимом спектре света, низким коэффициентом поглощения и стойкостью к старению. Материал должен противостоять сложной механической обработке — фрезеровке, гравировке, полировке без растрескивания и нарушения внутренней структуры, обладать устойчивостью к воздействию многих химических веществ, неблагоприятным факторам окружающей среды, высокой ударной прочностью. Кроме того, он должен иметь идеально гладкую поверхность, высокую стабильность поперечных размеров и еще многое другое. Для гравировки подходит литой акрил. Он поддается лучшей обработке фрезой, чем экструдированный, так как менее пластичен и стружка не налипает на фрезу. Однако для больших изделий обычный акрил не совсем подходит из-за недостаточно малого коэффициента поглощения. Имеются специальные высококачественные листы, например.

Вышеприведенные теоретические выкладки о процессах на границе раздела двух сред справедливы для идеально ровной границы, или, строго говоря, с неровностями, не превышающими длину волны видимого света (0,4–0,7 мкм). Это соответствует высококачественной полировке торца, через который запускается свет. Попытка применить пластик с неполированными торцами, что на практике еще иногда встречается, приводит к рассеиванию света на неровностях торца, в результате чего наиболее сильно светятся торцы, а не выгравированный паз. Полировку лучше проводить механическим способом на алмазном круге, так как другой распространенный способ — полировка пламенем — создает скругленные кромки на ребрах, через которые происходит бесполезная утечка света. А вот для выгравированных частей этот эффект утечки света играет положительную роль.

В отношении выбора толщины пластика можно считать, что чем он толще, тем лучше, однако, поскольку всегда приходится думать о цене изделия, мы рекомендуем воспользоваться данными, полученными практическим путем, приведенным в таблице

Выбор толщины акрила для акрилайта в зависимости от его ширины
 Поперечный размер, мм  Толщина акрила, мм   
до 300 6
300-500 8
 500-800 10
свыше 800 12

 Приведенные данные пригодны для случая среднего заполнения поверхности пластика односторонней гравировкой средней глубины (2–З мм). Если предполагается глубокая гравировка, насыщенное заполнение гравировкой поверхности пластика или аппликация пленок на большой площади, толщина должна быть увеличена.

Основные трудности при гравировке

Имеющийся у нас опыт работы с различными материалами позволяет утверждать, что только несколько марок акрила полностью соответствует предъявляемым требованиям. Следует обратить внимание, что экструдированный акрил, который используют вместо литого, в данном случае не подходит, так как имеет несколько меньшую температуру размягчения и более пластичен, что приводит к значительному ухудшению качества гравировки (оплавлению кромок и налипанию стружки). Из-за этой особенности при гравировке требуется часто производить остановку процесса и очищать гравировальную фрезу от налипшей стружки. Контур гравировки приходится проходить несколько раз, чтобы полностью очистить от остатков акриловых опилок и стружки. Если этого не сделать, то возможен эффект ярких точек свечения по контуру.

Одна из частых проблем, которая встречается при гравировке на гравировально-фрезерных станках, управляемых компьютером, состоит в том, что трудно выдержать одну и ту же глубину погружения фрезы на большой площади пластикового листа. Трудность возникает из-за искривления листа или неоднородой толщины. При гравировке образуется треугольный паз, ширина которого увеличивается при подъеме поверхности акрила относительно фрезы. Если такое случается, то устранить недостаток можно, если разбить изображение на отдельные участки и последовательно обработать одну область за другой, предварительно устанавливая нулевую отметку не относительно рабочего стола фрезера, а относительно верхней части акрила. Точность совмещения одной части изображения с другой частью после остановки станка определяется конструкцией плоттера, а точнее, системой подачи каретки по Х и У осям и шпинделя по оси Z.

При контурной гравировке с наклеенной пленкой случается, что края пленки задираются или же виниловая пленка срывается с акрила и наматывается на фрезу. В этом случае проблема решается с помощью выбора более качественной пленки с лучшим клеем. После оклейки можно выдержать лист примерно сутки до начала фрезеровки. Адгезия клея со временем увеличивается. И, наконец, нужно сменить фрезу на новую, так как затупившиеся края не срезают пленку вместе с акрилом.

Качественный рисунок, который однородно светился бы по всей поверхности, сделать не так-то просто. Только паз правильной треугольной или трапециевидной формы может дать четкий эффект и качество. Когда требуется засветить выгравированный рисунок большой площади, то форма паза должна изменяться в соответствии со сложностью рисунка и расстоянием от источника света. Это требует определенных навыков оператора и его способности программировать станок для таких работ.

Глубина реза и форма паза определяют яркость и контраст изображения. Эти проблемы решаются постепенно с приобретением опыта, навыков и четким пониманием аппаратных возможностей гравировальной машины и используемых инструментов.

Еще одна проблема, которая стоит перед мастером, это заливка, или более сложная — градиентная заливка частей рисунка, которая создается с помощью формирования шероховатой поверхности. Простая заливка в принципе может осуществляться с помощью мелкой наждачной бумаги. Но те, кто однажды попробовали это сделать, немного разочаровались в этом — неоднородность заливки колоссальная. Другое решение — использование пескоструйной обработки поверхности также чревато неблагоприятными последствиями, связанными с неоднородностью. Даже для машинной обработки поверхности, когда создается мелкая штриховка, имитирующая эффект заливки, имеется проблема неоднородности, связанная в основном с неровностью листа или неоднородностью листа по толщине. Но если лист достаточно ровный или площадь заливки маленькая, то возможности заливки или градиентной заливки, выполняемой машиной, просто потрясающие. Опытные мастера учитывают при такой обработке поверхности даже направление распространения света и делают штриховку под разными углами. Тогда штриховка, даже выполненная одной и той же фрезой с одинаковой глубиной, дает разную степень отсвета или яркость. В результате умелого использования такого эффекта лицо человека, например, выглядит не просто отороченное светящимся контуром, а имеет объемную форму.

И в заключение несколько советов дизайнерам, впервые взявшимся за разработку светового панно с торцевой подсветкой. Если предполагается выполнить простое изображение (информационную надпись, логотип фирмы и т. п.), хороший вариант состоит в том, чтобы гравировка была сделана по обратной стороне пластика. Надписи и контуры рисунка — в зеркальном отображении и цветовое оформление — по лицевой стороне самоклеящимися транслюцентными пленками. Сочетайте глубокую гравировку с неглубокой (вплоть до долей миллиметра). Неглубокая гравировка выглядит как светящаяся нить, а глубокая производит впечатление размытого ореола. При этом, однако, следует помнить, что глубокая гравировка не должна затенять мелкую (т.е. располагаться ближе к источнику света). Сочетайте гравировку по обеим сторонам пластика — это придаст объем вашей композиции. Но только в том случае, если есть технологическая возможность выполнить гравировку безукоризненно. Требования к качеству гравировки по лицевой стороне выше, чем для гравировки по обратной.

          

Если требуется выполнить акрилайт с двумя или больше цветами, которые должны присутствовать одновременно, то это делается накаткой двух пленок разного цвета или больше по каждому цветному участку. Второй способ состоит в использовании двух независимых акрилайтов, каждый из которых подсвечивается своим цветным источником. Последний вариант дает возможность создавать изумительные динамические эффекты с изменением цветов, если используется светодиодная подсветка. Но только не нужно склеивать параллельно расположенные листы акрилайта, иначе весь эффект пропадет, так как, если помните, требуется для полного внутреннего отражения граница с воздухом.

Если на листе обнаружатся случайные потертости или царапины, их необходимо заполировать.

Какой бы дизайн вы ни выбрали, качество конечного изделия будет зависеть от качества исходного акрила, использования острого инструмента и опыта, который накапливается с каждым изделием. С этим видом наружной рекламы вас ожидают удивительные открытия, связанные с получением эффекта динамического движения, мерцающего звездного неба, переливающихся заливок или падающих снежинок на фоне рекламной надписи… Возможности ограничены разве что вашей фантазией.

X