În domeniul mașinilor de marcat cu laser la nivel de picosecundă, precizia este indicatorul principal pentru evaluarea performanței echipamentului. Materialul de bază, ca suport cheie pentru sistemul laser și componentele de precizie, afectează direct stabilitatea preciziei procesării. Granitul și fonta, ca două materiale de bază principale, prezintă diferențe semnificative în ceea ce privește caracteristicile de atenuare a preciziei în timpul procesării ultrafine la nivel de picosecundă. Acest articol va analiza în profunzime avantajele și dezavantajele de performanță ale celor două pentru a oferi o bază științifică pentru modernizarea echipamentelor.
Proprietățile materialelor determină baza preciziei
Granitul este în esență o rocă magmatică formată prin procese geologice de-a lungul a sute de milioane de ani. Structura sa cristalină internă este densă și uniformă, cu un coeficient de dilatare liniară de până la 0,5-8 ×10⁻⁶/℃, comparabil cu cel al aliajelor de precizie, cum ar fi oțelul indiu. Această caracteristică face ca schimbarea sa dimensională să fie aproape neglijabilă atunci când temperatura ambiantă fluctuează, evitând eficient decalajul traseului optic și erorile mecanice cauzate de dilatarea și contracția termică. În plus, densitatea granitului este de până la 2,6-2,8 g/cm³, ceea ce îl face natural să aibă o capacitate excelentă de absorbție a vibrațiilor. Acesta poate atenua rapid vibrațiile de înaltă frecvență generate în timpul procesării cu laser, asigurând stabilitatea sistemului optic și a pieselor mobile.
Bazele din fontă sunt utilizate pe scară largă datorită performanțelor excelente de turnare și avantajelor de cost. Structura tipică de grafit în fulgi a fontei cenușii îi conferă o anumită performanță de amortizare, care poate absorbi aproximativ 30% până la 50% din energia vibrațiilor. Cu toate acestea, coeficientul de dilatare termică al fontei este de aproximativ 10-12 ×10⁻⁶/℃, ceea ce este de 2-3 ori mai mare decât cel al granitului. Sub acumularea de căldură generată de prelucrarea continuă pe termen lung, este predispusă la deformare dimensională. Între timp, există o tensiune de turnare în interiorul fontei. Pe măsură ce tensiunea este eliberată în timpul procesului de utilizare, aceasta poate provoca modificări ireversibile ale planeității și perpendicularității bazei.
Mecanismul de atenuare a preciziei în procesarea la nivel de picosecundă
Prelucrarea cu laser în picosecunde, cu caracteristicile sale de impuls ultra-scurt, poate realiza o prelucrare fină la nivel submicronic sau chiar nanometric, dar impune și cerințe stricte pentru stabilitatea echipamentului. Baza de granit, cu structura sa internă stabilă, poate controla răspunsul vibrațiilor la nivel submicronic sub impactul laserului de înaltă frecvență, menținând eficient precizia de poziționare a focalizării laserului. Datele măsurate arată că mașina de marcat cu laser cu bază de granit menține în continuare o abatere a lățimii liniei de ±0,5 μm după o prelucrare continuă în picosecunde de 8 ore.
Când baza din fontă este expusă vibrațiilor de înaltă frecvență ale laserului picosecundă, structura internă a granulelor va suferi o oboseală microscopică din cauza impactului continuu, rezultând o scădere a rigidității bazei. Datele de monitorizare de la o anumită întreprindere producătoare de semiconductori arată că, după șase luni de funcționare, rata de atenuare a preciziei de procesare a echipamentelor cu baze din fontă atinge 12%, manifestându-se în principal ca o creștere a rugozității marginilor liniilor și o extindere a erorilor de poziționare. Totodată, fonta este relativ sensibilă la umiditatea mediului. Utilizarea pe termen lung este predispusă la rugină, accelerând și mai mult deteriorarea preciziei.
Verificarea diferențelor de performanță în aplicațiile practice
În domeniul prelucrării componentelor electronice de precizie 3C, o întreprindere renumită a efectuat un test comparativ privind performanța echipamentelor a două tipuri de baze de materiale. În cadrul experimentului, două mașini de marcat cu laser în picosecunde, cu aceeași configurație, au fost echipate cu baze de granit și respectiv fontă, pentru a tăia și marca sticla ecranelor telefoanelor mobile cu o lățime de 0,1 mm. După 200 de ore de procesare continuă, rata de menținere a preciziei de procesare a echipamentului cu bază de granit a fost de 98,7%, în timp ce cea a echipamentului cu bază de fontă a fost de doar 86,3%. Marginile sticlei prelucrate de acesta din urmă au prezentat defecte evidente de tip dinți de fierăstrău.
În fabricarea componentelor aerospațiale, datele de monitorizare pe termen lung ale unui anumit institut de cercetare reflectă mai intuitiv diferențele: mașina de marcat cu laser cu bază din granit are o atenuare cumulativă a preciziei mai mică de 3 μm într-o durată de viață de cinci ani; Cu toate acestea, după trei ani, eroarea de procesare a echipamentului cu bază din fontă cauzată de deformarea bazei a depășit standardul de proces de ±10 μm, iar calibrarea generală a preciziei mașinii trebuie efectuată.
Sugestii pentru modernizarea deciziilor
Dacă întreprinderile au ca cerințe principale prelucrarea de înaltă precizie și stabilă pe cicluri lungi, în special în domenii precum cipurile semiconductoare și componentele optice de precizie, bazele din granit, cu stabilitatea termică remarcabilă și rezistența la vibrații, reprezintă o alegere ideală de modernizare. Deși costul inițial de achiziție este cu 30% până la 50% mai mare decât cel al fontei, din perspectiva costului pe întregul ciclu de viață, frecvența redusă a calibrării de precizie și a timpului de nefuncționare a echipamentelor pentru întreținere pot spori semnificativ beneficiile generale. Pentru scenariile de aplicare cu cerințe de precizie a procesării relativ scăzute și bugete limitate, bazele din fontă pot fi totuși utilizate ca o soluție tranzitorie, sub premisa controlului rezonabil al mediului de utilizare.
Prin compararea sistematică a caracteristicilor de atenuare a preciziei granitului și fontei în prelucrarea la nivel de picosecundă, se poate observa că alegerea materialului de bază adecvat este un pas cheie pentru îmbunătățirea preciziei și fiabilității prelucrării mașinii de marcare cu laser. Întreprinderile ar trebui, în lumina propriilor cerințe tehnologice și a considerațiilor de cost, să ia decizii științifice cu privire la planul de modernizare a bazei pentru a oferi o bază solidă a echipamentelor pentru producția de înaltă performanță.
Data publicării: 22 mai 2025