У области машина за ласерско маркирање на пикосекундном нивоу, прецизност је основни индикатор за процену перформанси опреме. База, као кључни носач за ласерски систем и прецизне компоненте, њен материјал директно утиче на стабилност тачности обраде. Гранит и ливено гвожђе, као два главна основна материјала, имају значајне разлике у карактеристикама прецизног слабљења током ултрафине обраде на пикосекундном нивоу. Овај чланак ће детаљно анализирати предности и мане перформанси ова два материјала како би се пружила научна основа за надоградњу опреме.
Својства материјала одређују основу прецизности
Гранит је у суштини магматска стена формирана кроз геолошке процесе током стотина милиона година. Његова унутрашња кристална структура је густа и уједначена, са коефицијентом линеарног ширења од само 0,5-8 ×10⁻⁶/℃, упоредиво са структуром прецизних легура као што је индијум челик. Ова карактеристика чини његову димензионалну промену готово занемарљивом када температура околине варира, ефикасно избегавајући померање оптичке путање и механичке грешке изазване термичким ширењем и скупљањем. Поред тога, густина гранита је чак 2,6-2,8 г/цм³, што природно поседује одличан капацитет апсорпције вибрација. Може брзо да ублажи високофреквентне вибрације генерисане током ласерске обраде, обезбеђујући стабилност оптичког система и покретних делова.
Основе од ливеног гвожђа се широко користе због својих одличних карактеристика ливења и предности у погледу цене. Типична структура љуспичастог графита сивог ливеног гвожђа даје му одређене перформансе пригушења, које могу да апсорбују око 30% до 50% енергије вибрација. Међутим, коефицијент термичког ширења ливеног гвожђа је приближно 10-12 ×10⁻⁶/℃, што је 2-3 пута више од гранита. Услед акумулације топлоте генерисане дуготрајном континуираном обрадом, склона је појава димензионалних деформација. У међувремену, унутар ливеног гвожђа постоји напон ливења. Како се напон ослобађа током процеса употребе, може доћи до неповратних промена у равности и управности основе.
Механизам прецизног слабљења у обради на пикосекундном нивоу
Пикосекундна ласерска обрада, са својим карактеристикама ултракратких импулса, може постићи фину обраду на субмикронском или чак нанометарском нивоу, али такође поставља строге захтеве за стабилност опреме. Гранитна база, са својом стабилном унутрашњом структуром, може контролисати вибрациони одзив на субмикронском нивоу под утицајем високофреквентног ласера, ефикасно одржавајући тачност позиционирања ласерског фокуса. Измерени подаци показују да машина за ласерско обележавање са гранитном базом и даље одржава одступање ширине линије унутар ±0,5μm након континуиране пикосекундне обраде од 8 сати.
Када је основа од ливеног гвожђа изложена високофреквентним вибрацијама пикосекундног ласера, унутрашња структура зрна ће бити подложна микроскопском замору услед континуираног удара, што ће резултирати смањењем крутости основе. Подаци праћења из одређеног предузећа за производњу полупроводника показују да након шест месеци рада, стопа слабљења тачности обраде опреме са основама од ливеног гвожђа достиже 12%, што се углавном манифестује као повећање храпавости ивица линија и повећање грешака позиционирања. У међувремену, ливено гвожђе је релативно осетљиво на влажност околине. Дуготрајна употреба је склона рђи, што додатно убрзава погоршање прецизности.
Верификација разлика у перформансама у практичним применама
У области обраде електронских компоненти прецизно 3C, једно познато предузеће је спровело упоредни тест перформанси опреме са два типа материјалних база. У експерименту, две пикосекундне машине за ласерско маркирање исте конфигурације биле су опремљене гранитном и ливеним гвозденим базама, респективно, за сечење и маркирање стакла екрана мобилних телефона ширине 0,1 мм. Након 200 сати континуиране обраде, стопа задржавања тачности обраде опреме са гранитном базом била је 98,7%, док је код опреме са ливеним гвозденим базом била само 86,3%. Ивице стакла обрађеног овом другом показале су очигледне дефекте у облику зубаца тестере.
У производњи ваздухопловних компоненти, дугорочни подаци праћења одређеног истраживачког института интуитивно одражавају разлике: Машина за ласерско обележавање са гранитном основом има кумулативно слабљење прецизности мање од 3μm у року од пет година животног века; Међутим, након три године, грешка обраде опреме са ливено-гвозденом основом изазвана деформацијом основе премашила је процесни стандард од ±10μm, па је потребно извршити калибрацију укупне тачности машине.
Предлози за надоградњу одлука
Ако предузећа као своје основне захтеве узму високопрецизну и дугоциклусну стабилну обраду, посебно у областима као што су полупроводнички чипови и прецизне оптичке компоненте, гранитне базе, са својом изузетном термичком стабилношћу и отпорношћу на вибрације, представљају идеалан избор за надоградњу. Иако је почетна цена набавке 30% до 50% већа од цене ливеног гвожђа, са становишта трошкова целог животног циклуса, смањена учесталост прецизне калибрације и застоја опреме ради одржавања могу значајно побољшати укупне користи. За сценарије примене са релативно ниским захтевима за тачношћу обраде и ограниченим буџетом, базе од ливеног гвожђа се и даље могу користити као прелазно решење под претпоставком разумне контроле окружења употребе.
Систематским упоређивањем карактеристика прецизног слабљења гранита и ливеног гвожђа у обради на пикосекундном нивоу, може се видети да је избор одговарајућег основног материјала кључни корак за побољшање тачности обраде и поузданости машине за ласерско маркирање. Предузећа би, у светлу сопствених технолошких захтева и трошкова, требало да донесу научне одлуке о плану надоградње основе како би обезбедила чврсту основу опреме за врхунску производњу.
Време објаве: 22. мај 2025.