No campo das máquinas de marcado láser de nivel de picosegundos, a precisión é o indicador principal para avaliar o rendemento do equipo. A base, como soporte clave para o sistema láser e os compoñentes de precisión, o seu material afecta directamente á estabilidade da precisión do procesamento. O granito e o ferro fundido, como dous materiais base principais, presentan diferenzas significativas nas características de atenuación de precisión durante o procesamento ultrafino de nivel de picosegundos. Este artigo analizará en profundidade as vantaxes e desvantaxes de rendemento dos dous para proporcionar unha base científica para a actualización do equipo.
As propiedades dos materiais determinan a base da precisión
O granito é esencialmente unha rocha ígnea formada a través de procesos xeolóxicos durante centos de millóns de anos. A súa estrutura cristalina interna é densa e uniforme, cun coeficiente de expansión lineal tan baixo como 0,5-8 ×10⁻⁶/℃, comparable ao de aliaxes de precisión como o aceiro de indio. Esta característica fai que o seu cambio dimensional sexa case insignificante cando a temperatura ambiente flutúa, evitando eficazmente o desprazamento da traxectoria óptica e os erros mecánicos causados pola expansión e contracción térmicas. Ademais, a densidade do granito é de ata 2,6-2,8 g/cm³, o que posúe naturalmente unha excelente capacidade de absorción de vibracións. Pode atenuar rapidamente as vibracións de alta frecuencia xeradas durante o procesamento con láser, garantindo a estabilidade do sistema óptico e das pezas móbiles.
As bases de ferro fundido úsanse amplamente debido ao seu excelente rendemento de fundición e ás súas vantaxes de custo. A estrutura típica de grafito en escamas do ferro fundido gris dótalle dun certo rendemento de amortiguación, que pode absorber entre o 30 % e o 50 % da enerxía de vibración. Non obstante, o coeficiente de expansión térmica do ferro fundido é de aproximadamente 10-12 ×10⁻⁶/℃, que é de 2 a 3 veces maior que o do granito. Baixo a acumulación de calor xerada polo procesamento continuo a longo prazo, é probable que se produza deformación dimensional. Mentres tanto, hai tensión de fundición dentro do ferro fundido. A medida que a tensión se libera durante o proceso de uso, pode causar cambios irreversibles na planitude e perpendicularidade da base.
O mecanismo de atenuación de precisión no procesamento a nivel de picosegundos
O procesamento láser de picasegundos, coas súas características de pulso ultracurto, pode lograr un procesamento fino a nivel submicrónico ou incluso a nivel nanométrico, pero tamén impón requisitos estritos para a estabilidade do equipo. A base de granito, coa súa estrutura interna estable, pode controlar a resposta de vibración a nivel submicrónico baixo o impacto láser de alta frecuencia, mantendo eficazmente a precisión de posicionamento do foco láser. Os datos medidos mostran que a máquina de marcado láser cunha base de granito aínda mantén unha desviación do ancho da liña dentro de ±0,5 μm despois dun procesamento continuo de picasegundos de 8 horas.
Cando a base de ferro fundido se expón á vibración de alta frecuencia dun láser de picosegundos, a estrutura interna do gran sofre unha fatiga microscópica debido ao impacto continuo, o que resulta nunha diminución da rixidez da base. Os datos de monitorización dunha determinada empresa de fabricación de semicondutores mostran que, despois de seis meses de funcionamento, a taxa de atenuación da precisión do procesamento dos equipos con bases de ferro fundido alcanza o 12 %, manifestándose principalmente como un aumento da rugosidade dos bordos das liñas e unha expansión dos erros de posicionamento. Mentres tanto, o ferro fundido é relativamente sensible á humidade ambiental. O uso a longo prazo é propenso á oxidación, o que acelera aínda máis o deterioro da precisión.
Verificación das diferenzas de rendemento en aplicacións prácticas
No campo do procesamento de compoñentes electrónicos de precisión 3C, unha coñecida empresa realizou unha proba comparativa do rendemento do equipo con dous tipos de bases de materiais. No experimento, dúas máquinas de marcado láser de picosegundos coa mesma configuración foron equipadas respectivamente con bases de granito e ferro fundido para cortar e marcar o vidro de pantallas de teléfonos móbiles cun ancho de 0,1 mm. Despois de 200 horas de procesamento continuo, a taxa de retención da precisión do procesamento do equipo de base de granito foi do 98,7 %, mentres que a do equipo de base de ferro fundido foi só do 86,3 %. Os bordos do vidro procesado por este último mostraron defectos evidentes en dentes de serra.
Na fabricación de compoñentes aeroespaciais, os datos de monitorización a longo prazo dun determinado instituto de investigación reflicten as diferenzas de forma máis intuitiva: a máquina de marcado láser cunha base de granito ten unha atenuación de precisión acumulada de menos de 3 μm nunha vida útil de cinco anos; Non obstante, despois de tres anos, o erro de procesamento do equipo de base de ferro fundido causado pola deformación da base superou o estándar de proceso de ±10 μm, e a calibración xeral da precisión da máquina debe levarse a cabo.
Suxestións para mellorar as decisións
Se as empresas consideran o procesamento estable de alta precisión e ciclo longo como as súas principais demandas, especialmente en campos como os chips semicondutores e os compoñentes ópticos de precisión, as bases de granito, coa súa excelente estabilidade térmica e resistencia ás vibracións, son unha opción de actualización ideal. Aínda que o seu custo de adquisición inicial é entre un 30 % e un 50 % maior que o do ferro fundido, desde a perspectiva do custo do ciclo de vida completo, a frecuencia reducida de calibración de precisión e o tempo de inactividade dos equipos para mantemento poden mellorar significativamente os beneficios globais. Para escenarios de aplicación con requisitos de precisión de procesamento relativamente baixos e orzamentos limitados, as bases de ferro fundido aínda se poden usar como unha solución de transición baixo a premisa de controlar razoablemente o ambiente de uso.
Ao comparar sistematicamente as características de atenuación de precisión do granito e do ferro fundido no procesamento a nivel de picosegundos, pódese ver que a elección do material base axeitado é un paso clave para mellorar a precisión e a fiabilidade do procesamento da máquina de marcado láser. As empresas deberían, á luz dos seus propios requisitos tecnolóxicos e consideracións de custos, tomar decisións científicas sobre o plan de actualización da base para proporcionar unha base sólida de equipos para a fabricación de alta gama.
Data de publicación: 22 de maio de 2025