V scenároch vysoko presného spracovania pikosekundových laserových značkovacích strojov priamo určuje základňa ako hlavný nosný komponent zariadenia výber jej materiálu stabilitu presnosti spracovania. Žula a liatina sú dva bežné materiály na výrobu základne. Tento článok porovná jednotlivé aspekty z hľadiska fyzikálnych vlastností, princípu presného útlmu a údajov o praktickej aplikácii, čím poskytne vedecký základ pre modernizáciu zariadení.
I. Rozdiely vo vlastnostiach materiálov: Základná logika presného výkonu
Žula je prírodná vyvretá hornina, ktorá vzniká kryštalizáciou minerálov, ako sú kremeň a živec, vo vnútri horniny. Vyznačuje sa hustou štruktúrou a vysokou tvrdosťou. Jej hustota sa zvyčajne pohybuje medzi 2,7 a 3,1 g/cm³ a jej koeficient tepelnej rozťažnosti je extrémne nízky, približne (4-8) × 10⁻⁶/℃, čo jej umožňuje účinne odolávať vplyvu teplotných zmien na presnosť zariadenia. Okrem toho jej jedinečná mikroštruktúra poskytuje vynikajúce tlmiace vlastnosti, ktoré jej umožňujú rýchlo absorbovať vonkajšiu energiu vibrácií a znižovať vplyv vibrácií na presnosť spracovania.
Liatina ako tradičný priemyselný materiál má hustotu približne 7,86 g/cm³, relatívne vysokú pevnosť v tlaku, ale je horúca
Číslo rozťažnosti (približne 12×10⁻⁶/℃) je 1,5 až 3-krát vyššie ako u žuly. Okrem toho sa vo vnútri liatiny nachádzajú vločkové grafitové štruktúry. Pri dlhodobom používaní môžu tieto štruktúry viesť ku koncentrácii napätia, čo ovplyvňuje stabilitu materiálu a následne spôsobuje pokles presnosti.
Ii. Mechanizmus presného útlmu pri obrábaní na pikosekundovej úrovni
Pikosekundové laserové spracovanie má extrémne vysoké požiadavky na stabilitu prostredia. Akákoľvek mierna deformácia základného materiálu sa znásobí vo výsledku spracovania. Kľúčovými faktormi vedúcimi k zníženiu presnosti sú teplotné výkyvy, vibrácie generované prevádzkou zariadenia, únava materiálu pri dlhodobom zaťažení atď.
Keď sa teplota zmení, veľkosť žuly sa mierne zmení kvôli jej nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti. Relatívne vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti liatiny spôsobí deformáciu základne, ktorú je voľným okom ťažké zistiť. Táto deformácia priamo ovplyvní stabilitu optickej dráhy laseru a spôsobí posun polohy značenia. Pokiaľ ide o vibrácie, vysoká tlmiaca charakteristika žuly dokáže tlmiť vibrácie s frekvenciou 100 Hz za 0,12 sekundy, zatiaľ čo liatina potrebuje 0,9 sekundy. V podmienkach vysokofrekvenčných vibrácií je presnosť spracovania zariadení s liatinovými základňami náchylnejšia na výkyvy.
Iii. Porovnanie údajov o presnom útlme
Podľa testov odborných inštitúcií je počas nepretržitej 8-hodinovej pikosekundovej laserovej značkovacej operácie útlm presnosti polohovania osi XY zariadenia s žulovým podstavcom v rozmedzí ±0,5 μm. Presný útlm zariadenia s liatinovým podstavcom dosahuje ±3 μm s výrazným rozdielom. V simulovanom prostredí so zmenou teploty o 5 ℃ je chyba tepelnej deformácie zariadenia s žulovým podstavcom iba +0,8 μm, zatiaľ čo u zariadenia s liatinovým podstavcom je to až +12 μm.
Okrem toho, z hľadiska dlhodobého používania je miera chybného posúdenia žulových podstavcov iba 0,03 %, zatiaľ čo miera chybného posúdenia liatinových podstavcov je až 0,5 % kvôli problémom so štrukturálnou stabilitou. Tieto údaje plne dokazujú, že pri požiadavkách na vysokú presnosť spracovania na úrovni pikosekund je výhoda stability žulového podstavca značná.
Iv. Návrhy na aktualizáciu a praktické aplikácie
Pre podniky, ktoré sa usilujú o maximálnu presnosť spracovania, je modernizácia liatinovej základne na žulovú základňu účinným spôsobom, ako zvýšiť výkon zariadenia. Počas procesu modernizácie by sa mala venovať pozornosť presnosti spracovania žulovej základne, aby sa zabezpečilo, že rovinnosť povrchu spĺňa konštrukčné požiadavky. Zároveň v kombinácii s pomocnými zariadeniami, ako je systém tlmenia vibrácií vzduchovou flotáciou, je možné ďalej optimalizovať antivibračný výkon zariadenia.
V súčasnosti sa v odvetviach, ako je výroba polovodičových čipov a presné spracovanie optických súčiastok, široko používajú laserové značkovacie stroje s žulovými základňami, ktoré účinne zvyšujú výťažnosť produktov a efektivitu výroby. Napríklad po modernizácii zariadenia s liatinovou základňou u jedného výrobcu optických súčiastok sa miera presnosti výrobkov zvýšila z 82 % na 97 % a efektivita výroby sa výrazne zvýšila.
Záverom možno povedať, že pri základnej modernizácii pikosekundových laserových značkovacích strojov sa žula vďaka svojej vynikajúcej tepelnej stabilite, vysokému tlmiacemu výkonu a dlhodobej presnosti stala ideálnou voľbou oproti liatine. Podniky si môžu rozumne vybrať základné materiály na základe vlastných požiadaviek na spracovanie a rozpočtu, aby dosiahli komplexnú modernizáciu výkonu zariadenia.
Čas uverejnenia: 19. mája 2025