Ve scénářích vysoce přesného zpracování pikosekundových laserových značkovacích strojů přímo určuje základna jakožto nosná součást zařízení a výběr jejího materiálu stabilitu a přesnost zpracování. Žula a litina jsou dva běžné materiály pro výrobu základny. Tento článek provede srovnání z hledisek, jako jsou fyzikální vlastnosti, princip přesného útlumu a praktická aplikační data, a poskytne vědecký základ pro modernizaci zařízení.
I. Rozdíly ve vlastnostech materiálů: Základní logika přesného výkonu
Žula je přírodní vyvřelá hornina, která vzniká těsnou krystalizací minerálů, jako je křemen a živec, uvnitř. Vyznačuje se hustou strukturou a vysokou tvrdostí. Její hustota se obvykle pohybuje mezi 2,7 a 3,1 g/cm³ a její koeficient tepelné roztažnosti je extrémně nízký, přibližně (4-8) × 10⁻⁶/℃, což jí umožňuje účinně odolávat vlivu teplotních změn na přesnost zařízení. Unikátní mikrostruktura žuly jí navíc dodává vynikající tlumicí vlastnosti, které jí umožňují rychle absorbovat energii vnějších vibrací a snižovat ovlivňování přesnosti zpracování vibrací.
Litina, jako tradiční průmyslový materiál, má hustotu přibližně 7,86 g/cm³, relativně vysokou pevnost v tlaku, ale je horkovzdorná.
Číslo roztažnosti (přibližně 12×10⁻⁶/℃) je 1,5–3krát vyšší než u žuly. Navíc uvnitř litiny jsou vločkové grafitové struktury. Při dlouhodobém používání mohou tyto struktury vést ke koncentraci napětí, což ovlivňuje stabilitu materiálu a následně způsobuje pokles přesnosti.
Ii. Mechanismus přesného útlumu v obrábění na pikosekundové úrovni
Pikosekundové laserové zpracování má extrémně vysoké požadavky na stabilitu prostředí. Jakákoli nepatrná deformace základního materiálu se projeví ve výsledku zpracování. Kolísání teploty, vibrace generované provozem zařízení, únava materiálu při dlouhodobém zatížení atd. jsou klíčovými faktory vedoucími ke snížení přesnosti.
Při změně teploty se velikost žuly mírně mění kvůli jejímu nízkému koeficientu tepelné roztažnosti. Relativně vysoký koeficient tepelné roztažnosti litiny způsobí deformaci základny, kterou je obtížné pouhým okem zjistit. Tato deformace přímo ovlivní stabilitu optické dráhy laseru a způsobí posun polohy značení. Co se týče vibrací, vysoká tlumicí charakteristika žuly dokáže ztlumit vibrace 100 Hz během 0,12 sekundy, zatímco litina vyžaduje 0,9 sekundy. Za podmínek vysokofrekvenčních vibrací je přesnost zpracování zařízení s litinovými základnami náchylnější k výkyvům.
Iii. Porovnání dat o přesném útlumu
Podle testů odborných institucí je během nepřetržitého 8hodinového pikosekundového laserového značení útlum přesnosti polohování v ose XY u zařízení s žulovou základnou v rozmezí ±0,5 μm. Přesný útlum zařízení s litinovou základnou dosahuje ±3 μm s významným rozdílem. V simulovaném prostředí se změnou teploty o 5 °C je chyba tepelné deformace zařízení s žulovou základnou pouze +0,8 μm, zatímco u zařízení s litinovou základnou je až +12 μm.
Navíc z hlediska dlouhodobého používání je míra chybného posouzení žulových podstavců pouze 0,03 %, zatímco míra chybného posouzení litinových podstavců je až 0,5 % kvůli problémům se strukturální stabilitou. Tato data plně ukazují, že za požadavků na vysokou přesnost zpracování na úrovni pikosekund je výhoda stability žulového podstavce značná.
Iv. Návrhy na upgrade a praktické aplikace
Pro podniky, které usilují o maximální přesnost zpracování, je modernizace litinové základny na žulovou základnu účinným způsobem, jak zvýšit výkon zařízení. Během procesu modernizace je třeba věnovat pozornost přesnosti zpracování žulové základny, aby se zajistilo, že rovinnost povrchu splňuje konstrukční požadavky. Zároveň lze v kombinaci s pomocnými zařízeními, jako je systém tlumení vibrací vzduchovou flotací, dále optimalizovat antivibrační výkon zařízení.
V současné době se v odvětvích, jako je výroba polovodičových čipů a zpracování přesných optických součástek, široce používají laserové značkovací stroje s žulovými základnami, které účinně zvyšují výtěžnost produktů a efektivitu výroby. Například poté, co jeden výrobce optických součástek modernizoval zařízení s litinovou základnou, se míra přesnosti produktu zvýšila z 82 % na 97 % a efektivita výroby se výrazně zvýšila.
Závěrem lze říci, že při základní modernizaci pikosekundových laserových značkovacích strojů se žula díky své vynikající tepelné stabilitě, vysokému tlumícímu výkonu a dlouhodobé schopnosti udržet přesnost stala ideální volbou oproti litině. Podniky si mohou rozumně vybrat základní materiály na základě vlastních požadavků na zpracování a rozpočtu, aby dosáhly komplexní modernizace výkonu zařízení.
Čas zveřejnění: 19. května 2025