У сценаріях високоточної обробки пікосекундних лазерних маркувальних машин, основа, як основний опорний компонент обладнання, та вибір її матеріалу безпосередньо визначає стабільність точності обробки. Граніт та чавун є двома поширеними матеріалами для виготовлення основи. У цій статті буде проведено порівняння з таких аспектів, як фізичні властивості, принцип прецизійного згасання та дані практичного застосування, що забезпечує наукову основу для модернізації обладнання.
I. Відмінності у властивостях матеріалів: основна логіка прецизійної продуктивності
Граніт — це природна магматична порода, що утворюється в результаті тісної кристалізації мінералів, таких як кварц і польовий шпат, всередині. Він характеризується щільною структурою та високою твердістю. Його щільність зазвичай становить від 2,7 до 3,1 г/см³, а коефіцієнт теплового розширення надзвичайно низький, приблизно (4-8) × 10⁻⁶/℃, що дозволяє ефективно протистояти впливу температурних перепадів на точність обладнання. Крім того, унікальна мікроструктура граніту забезпечує йому чудові демпфіруючі властивості, що дозволяє йому швидко поглинати енергію зовнішньої вібрації та зменшувати вплив вібрації на точність обробки.
Чавун, як традиційний промисловий матеріал, має щільність приблизно 7,86 г/см³, відносно високу міцність на стиск, але є гарячим...
Число розширення (приблизно 12×10⁻⁶/℃) у 1,5-3 рази більше, ніж у граніту. Крім того, всередині чавуну є лускаті графітові структури. Під час тривалого використання ці структури можуть призвести до концентрації напружень, що впливає на стабільність матеріалу та, як наслідок, спричиняє зниження точності.
II. Механізм прецизійного затухання в пікосекундній обробці
Пікосекундна лазерна обробка має надзвичайно високі вимоги до стійкості до навколишнього середовища. Будь-яка незначна деформація основного матеріалу буде посилена в результаті обробки. Коливання температури, вібрації, що виникають під час роботи обладнання, втома при тривалому навантаженні тощо – все це ключові фактори, що призводять до зниження точності.
При зміні температури розмір граніту дещо змінюється через низький коефіцієнт теплового розширення. Відносно великий коефіцієнт теплового розширення чавуну призводить до деформації основи, яку важко помітити неозброєним оком. Ця деформація безпосередньо впливає на стабільність оптичного шляху лазера та призводить до зміщення положення маркування. Що стосується вібрації, висока характеристика демпфування граніту може послабити вібрацію 100 Гц протягом 0,12 секунди, тоді як чавуну потрібно 0,9 секунди. В умовах високочастотної вібрації точність обробки обладнання з чавунними основами більш схильна до коливань.
Iii. Порівняння даних про прецизійне затухання
Згідно з випробуваннями професійних установ, під час безперервної 8-годинної пікосекундної лазерної операції маркування, затухання точності позиціонування по осі XY обладнання з гранітною основою знаходиться в межах ±0,5 мкм. Точне затухання обладнання з чавунною основою досягає ±3 мкм, зі значною різницею. У модельному середовищі зі зміною температури на 5℃ похибка теплової деформації обладнання з гранітною основою становить лише +0,8 мкм, тоді як обладнання з чавунною основою досягає +12 мкм.
Крім того, з точки зору тривалого використання, рівень помилок у гранітних основах становить лише 0,03%, тоді як рівень помилок у чавунних основах сягає 0,5% через проблеми зі структурною стабільністю. Ці дані повністю демонструють, що за вимог високої точності обробки на пікосекундному рівні перевага гранітної основи в стабільності є значною.
Iv. Пропозиції щодо оновлення та практичне застосування
Для підприємств, які прагнуть максимальної точності обробки, модернізація чавунної основи до гранітної є ефективним способом підвищення продуктивності обладнання. Під час процесу модернізації слід звертати увагу на точність обробки гранітної основи, щоб забезпечити відповідність площинності поверхні проектним вимогам. Водночас, у поєднанні з допоміжними пристроями, такими як система віброізоляції повітряною флотацією, можна додатково оптимізувати антивібраційні характеристики обладнання.
Наразі в таких галузях, як виробництво напівпровідникових мікросхем та прецизійна обробка оптичних компонентів, широко використовуються лазерні маркувальні машини з гранітною основою, що ефективно підвищує вихід продукції та ефективність виробництва. Наприклад, після того, як певний виробник оптичних компонентів модернізував обладнання з чавунною основою, коефіцієнт точності кваліфікації продукції зріс з 82% до 97%, а ефективність виробництва значно підвищилася.
На завершення, граніт, завдяки своїй видатній термостабільності, високим характеристикам демпфування та довготривалому збереженню точності, став ідеальним вибором порівняно з чавуном для базової модернізації пікосекундних лазерних маркувальних машин. Підприємства можуть обґрунтовано вибирати базові матеріали, виходячи з власних вимог до обробки та бюджету, щоб досягти комплексного підвищення продуктивності обладнання.
Час публікації: 19 травня 2025 р.