Innen pikosekundnivålasermarkeringsmaskiner er presisjon kjerneindikatoren for å evaluere utstyrets ytelse. Basen, som en nøkkelbærer for lasersystemet og presisjonskomponentene, påvirker materialet direkte stabiliteten og prosesseringsnøyaktigheten. Granitt og støpejern, som to vanlige basismaterialer, har betydelige forskjeller i presisjonsdempningsegenskapene under ultrafin pikosekundnivåbehandling. Denne artikkelen vil analysere ytelsesfordelene og ulempene ved de to grundig for å gi et vitenskapelig grunnlag for oppgradering av utstyr.
Materialegenskaper bestemmer grunnlaget for presisjon
Granitt er i hovedsak en magmatisk bergart dannet gjennom geologiske prosesser over hundrevis av millioner av år. Den indre krystallstrukturen er tett og jevn, med en lineær utvidelseskoeffisient så lav som 0,5–8 × 10⁻⁶/℃, sammenlignbar med presisjonslegeringer som indiumstål. Denne egenskapen gjør dimensjonsendringen nesten ubetydelig når omgivelsestemperaturen svinger, noe som effektivt unngår optisk baneforskyvning og mekaniske feil forårsaket av termisk utvidelse og sammentrekning. I tillegg er tettheten til granitt så høy som 2,6–2,8 g/cm³, som naturlig har utmerket vibrasjonsabsorpsjonskapasitet. Den kan raskt dempe høyfrekvente vibrasjoner som genereres under laserbehandling, noe som sikrer stabiliteten til det optiske systemet og bevegelige deler.
Støpejernsbaser er mye brukt på grunn av deres utmerkede støpeegenskaper og kostnadsfordeler. Den typiske flakgrafittstrukturen til grått støpejern gir det en viss dempningsevne, som kan absorbere omtrent 30 % til 50 % av vibrasjonsenergien. Imidlertid er varmeutvidelseskoeffisienten til støpejern omtrent 10–12 × 10⁻⁶/℃, som er 2–3 ganger høyere enn for granitt. Under akkumulering av varme generert av langvarig kontinuerlig prosessering er det utsatt for dimensjonal deformasjon. Samtidig oppstår det støpespenninger inne i støpejernet. Når spenningen frigjøres under bruksprosessen, kan det forårsake irreversible endringer i basens flathet og vinkelretthet.
Presisjonsdempningsmekanismen i pikosekundnivåprosessering
Pikosekundlaserbehandling, med sine ultrakorte pulsegenskaper, kan oppnå finbehandling på submikronnivå eller til og med nanometernivå, men det stiller også strenge krav til utstyrets stabilitet. Granittbasen, med sin stabile indre struktur, kan kontrollere vibrasjonsresponsen på submikronnivå under høyfrekvent laserpåvirkning, og dermed effektivt opprettholde posisjoneringsnøyaktigheten til laserfokuset. De målte dataene viser at lasermarkeringsmaskinen med granittbase fortsatt opprettholder et linjebreddeavvik innenfor ±0,5 μm etter kontinuerlig 8-timers pikosekundbehandling.
Når støpejernsbasen utsettes for høyfrekvente vibrasjoner fra en pikosekundlaser, vil den indre kornstrukturen utsettes for mikroskopisk utmatting på grunn av kontinuerlig støt, noe som resulterer i en reduksjon i basens stivhet. Overvåkingsdata fra en bestemt halvlederproduksjonsbedrift viser at etter seks måneders drift når dempningsgraden for prosesseringsnøyaktigheten til utstyr med støpejernsbaser 12 %, hovedsakelig manifestert som en økning i ruheten på linjekantene og en utvidelse av posisjoneringsfeil. Samtidig er støpejern relativt følsomt for miljøfuktighet. Langvarig bruk er utsatt for rust, noe som ytterligere akselererer forringelsen av presisjonen.
Verifisering av ytelsesforskjeller i praktiske anvendelser
Innen feltet for prosessering av 3C elektroniske presisjonskomponenter utførte et velkjent foretak en sammenlignende test av utstyrsytelsen til to typer materialbaser. I eksperimentet ble to pikosekundlasermarkeringsmaskiner med samme konfigurasjon utstyrt med henholdsvis granitt- og støpejernsbaser for å skjære og merke glasset på mobiltelefonskjermer med en bredde på 0,1 mm. Etter 200 timer med kontinuerlig prosessering var retensjonsgraden for prosesseringsnøyaktigheten til granittbasert utstyr 98,7 %, mens den for støpejernsbasert utstyr bare var 86,3 %. Kantene på glasset som ble behandlet av sistnevnte viste tydelige sagtannfeil.
I produksjonen av luftfartskomponenter gjenspeiler de langsiktige overvåkingsdataene fra et bestemt forskningsinstitutt forskjellene mer intuitivt: Lasermarkeringsmaskinen med granittbase har en kumulativ presisjonsdemping på mindre enn 3 μm innen en levetid på fem år. Etter tre år har imidlertid prosesseringsfeilen til støpejernsbaseutstyret forårsaket av deformasjon av basen overskredet prosessstandarden på ± 10 μm, og den totale maskinnøyaktighetskalibreringen må utføres.
Forslag til oppgradering av beslutninger
Hvis bedrifter setter høy presisjon og stabil prosessering med lang syklus som kjernekrav, spesielt innen felt som halvlederbrikker og presisjonsoptiske komponenter, er granittbaser, med sin enestående termiske stabilitet og vibrasjonsmotstand, et ideelt oppgraderingsvalg. Selv om den opprinnelige anskaffelseskostnaden er 30 % til 50 % høyere enn for støpejern, kan redusert hyppighet av presisjonskalibrering og nedetid for vedlikehold av utstyr forbedre de totale fordelene betydelig sett med tanke på den fulle livssykluskostnaden. For applikasjonsscenarier med relativt lave krav til prosesseringsnøyaktighet og begrensede budsjetter kan støpejernsbaser fortsatt brukes som en overgangsløsning under forutsetning av rimelig kontroll av bruksmiljøet.
Ved systematisk å sammenligne presisjonsdempningsegenskapene til granitt og støpejern i pikosekundnivåprosessering, kan man se at valg av riktig basismateriale er et viktig skritt for å forbedre prosesseringsnøyaktigheten og påliteligheten til lasermarkeringsmaskinen. Bedrifter bør, i lys av sine egne teknologiske krav og kostnadsoverveielser, ta vitenskapelige beslutninger om basisoppgraderingsplanen for å gi et solid utstyrsgrunnlag for avansert produksjon.
Publiseringstid: 22. mai 2025