Lasereiden hyödyntäminen oppimisessa
Laserlaitteiden käyttö kouluissa tukee monia oppimisen osa-alueita helpolla, innostavalla ja opettavaisella tavalla. Lasereiden käyttö on myös turvallista ja ohjaavalle opettajalle helposti omaksuttavaa. Uuden teknologian hankinta ei välttämättä aina ole helppoa, mutta pienellä perehtymisellä voi välttää isoimmat sudenkuopat.
Käyttötarve
Oleellista on miettiä mihin tarkoitukseen laitetta halutaan käyttää ja sen jälkeen määritellä ostokriteerit siten, että laite tukee ominaisuuksiltaan tavoitetta. Ostokriteereissä keskittyminen pelkästään harvoihin teknisiin ominaisuuksiin johtaa usein sudenkuoppaan, jossa määritellyt kriteerit kyllä täyttyvät mutta laite ei muuten sovellu käytettävyyden, turvallisuuden tai jonkin muun ominaisuuden vuoksi oppilaitoskäyttöön.
Laserit ovat hyvin helppokäyttöisiä ja monen materiaalin työstöön sopivia laitteita. Muutama perusasia on syytä ymmärtää ennen kuin harkitsette oppilaitokseenne laserlaitteiden hankintaa.
Lasereita käytetään eri materiaalien leikkaukseen, kaiverrukseen ja merkintään. Erityisesti teollisuudessa laitteita hankitaan vain tiettyä käyttötarkoitusta varten, jolloin laitekokoonpanoa pystytään paremmin optimoimaan paremman tuottavuuden takaamiseksi. Oppilaitoksissa tarve on saada monikäyttöinen laite järkevään hintaan, jolloin kompromisseja joutuu väistämättä tekemään huomattavasti enemmän.
Käyttötarve ja usein myös käytössä oleva rahamäärä asettavat rajat laserlaitteen koolle ja teholle. Suurempi työala ja suurempi laserteho nostavat aina hintaa, mutta muitakin vaikuttavia tekijöitä on useita.
Ensiksi pitää olla tiedossa työstettävien materiaalien kirjo. Laserin aallonpituus määrittelee toimivuuden eri materiaaleille. Yleisimmin käytetään joko hiilidioksidi- (CO2) tai kuitulasereita lasersäteen muodostustavan mukaan.
CO2 lasereiden aallonpituus (10600 nm) tehoaa parhaiten orgaanisiin materiaaleihin, kuten puu, paperi, kankaat, muovit. Kuitulasereita (aallonpituus 1064nm) käytetään eniten metallien ja joidenkin muovien työstöön. Oppilaitoksissa yleisemmin käytetään CO2-lasereita, jotka ovat selvästi monipuolisempia käyttökohteiltaan. Tässä kirjoituksessa keskitytään CO2-lasereihin ja xy-tasokoneisiin.
Sädelähde ja sen ominaisuudet
Lasersäde synnytetään sädelähteessä, josta se ohjataan peilien kautta leikkuupään linssille, joka kohdistaa säteen teräväksi pisteeksi materiaalin pintaan. CO2-laserien sädelähteitä on kahta päätyyppiä, metallikammio- ja lasiputkisädelähteet.
Lasiputkilaserit ovat yleensä huomattavasti halvempia, mutta häviävät ominaisuuksiltaan metallikammiolasereille. Sädelähteiden eliniässä on myös huomattava ero. Teollisessa käytössä, jossa vuodessa tulee useita tuhansia käyttötunteja, käytetään lähes yksinomaan metallikammiosädelähteitä. Lasiputkilasereiden sädelähteitä usein vaihdetaan laitteiden eliniän aikana, metallikammioita harvemmin. Ohjeelliset arviot eliniästä 20000+ vs. 2000 tuntia. Lasiputki on myös herkempi hajoamaan pitemmän käyttämättömän jakson jälkeen.
Toinen hyvin oleellinen ero on säteen laatu. Metallikammioissa saadaan muodostettua tasalaatuisempi ja terävämpi säde, joka mukailee hyvin terävää gaussin käyrää. Lasiputkien säteen muodossa ja tehossa on luontaisesti suurempia vaihteluita. Terävämpi säde ja suurempi intensiteetti tarkoittavat myös sitä, että materiaali pystytään läpäisemään pienemmällä teholla, koska leikkuu-ura on kapeampi ja tehoa ei kulu hukkaan. Hyvänä vertauskuvana voi pitää terävällä tai tylsällä veitsellä leikkuuta tai puukolla vuolemista. Metallikammiolaser on kuin kestävä ja terävänä pysyvä veitsen terä, jolla saa tehtyä kevyemmin ja tarkkaa jälkeä. Lasiputkilaser on vastaavasti kuin tylsä terä, joka vaatii enemmän voimaa ja jolla syntyy rujompaa jälkeä.
Kaiverruksessa vastaavasti on tärkeätä tehon tarkka hallitseminen, siinä metallikammiolaserin edut tulevat vielä paremmin esille. Hyvänä esimerkkinä kolmiulotteisten kaiverrusten tekeminen puuhun tai harmaasävykuvien merkintä.
Helppohuoltoisuus
Lasiputkilasereissa yleisemmin käytetään n. 80-100 watin tehoisia sädelähteitä, jotka vaativat erillisen nestekiertoisen jäähdyttimen. Metallikammiolasereissa ilmajäädytteisellä 40 wattisella koneella pystyy jo tekemään käytännössä saman. Ilmajäähdytteisyys on huollon kannalta helppo.
Nestekiertoinen jäähdytys
Nesteet pitää vaihtaa pari kertaa vuodessa ja joka tapauksessa aina pidemmän tauon jälkeen (esim. kesäloman), jotta mahdollinen pohjalle kertynyt sakka ei pääse liikkelle.
Turvallisuus
Oppilaitoksissa laserlaitteiden käyttöturvallisuus korostuu erityisen paljon, koska laitteilla on paljon eri ikäisiä ja tasoisia käyttäjiä. Lasersäteet ovat ihmisen silmille ja iholle vaarallisia, joten laitteiden suojaukseen on kiinnitettävä erityistä huomiota.
Laser on polttomenetelmä, joten siinä syntyvien savukaasujen hallintaan on myös kiinnitettävä erityistä huomiota. Kaikki materiaalit eivät sovellu laserilla käsiteltäväksi työstössä syntyvien vaarallisten kaasujen takia (esim. PVC).
Myös luvattoman käytön estävät turvalukitukset on hyvä huomioida oppilaitoskäytössä.
Helppokäyttöisyys
Laserleikattu SEI Laser Mercury laserleikkurilla
Meille helppokäyttöisyys tarkoittaa sitä, että kokematonkin käyttäjä pystyy yksinkertaisten ohjeiden avulla käyttämään laitteita turvallisesti ja luomaan onnistumisen elämyksiä. Toisaalta laitteiden ominaisuuksien pitää pystyä tarjoamaan haasteita myös edistyneemmille käyttäjille.
Laitteen ominaisuuksien lisäksi keskeinen valintakriteeri tulee kohdistaa laitetta ohjaavaan ohjelmistoon, jonka helppokäyttöisyys on käytännössä aina eniten laitteen käyttöä rajoittava tekijä. Vaikeasti omaksuttava ja hankala ohjelma usein jättää laitteen lopulta erittäin vähäiselle käytölle. GCC-laitteita käytetään tulostinajureilla, joten itse työn suunnitteluun voidaan käyttää monipuolisesti käyttötarkoitukseen parhaiten sopivaa ohjelmistoa. Ajureiden tehtäväksi jää laserparametrien määrittely, joka voidaan tehdä kerralla käyttöönoton yhteydessä valmiiksi eri materiaaleille ja työstötavoille, joten niihin ei pääsääntöisesti tarvi opetustilanteessa enää puuttua.
Tarjolla on myös erityisesti alakoululaisille suunnattuja web-pohjaisia ohjelmia, jolla työn suunnittelu ja tekeminen onnistuu hyvinkin pieniltä ja kokemattomilta oppilailta.
Laitteen ja ohjelmiston lisäksi kannattaa tiedustella opetuskäyttöön sopivien opetusmateriaalien perään. Mallityöt, valmiit työkirjastot, monipuoliset lasertyöstettävät materiaalit sekä ohjeet helpottavat opettajan oppitunnin suunnittelua ja varmistaa hyvän oppimiskokemuksen.
Helppokäyttöisyys on yhdistelmä hyviä ohjeita ja opasteita, käytettävyydeltään kelvollisia ohjelmistoja sekä hyvin suunniteltua laitteen mekaanista toimintaa.