В сценариях высокоточной обработки пикосекундных лазерных маркировочных машин, основание, как основной поддерживающий компонент оборудования, выбор его материала напрямую определяет стабильность точности обработки. Гранит и чугун являются двумя распространенными материалами для изготовления основания. В этой статье будет проведено сравнение с таких аспектов, как физические свойства, принцип затухания точности и данные практического применения, что обеспечит научную основу для модернизации оборудования.
I. Различия в свойствах материалов: основная логика точности работы
Гранит — это природная магматическая порода, образованная путем тесной кристаллизации внутри таких минералов, как кварц и полевой шпат. Он характеризуется плотной структурой и высокой твердостью. Его плотность обычно составляет от 2,7 до 3,1 г/см³, а его коэффициент теплового расширения чрезвычайно низок, примерно (4-8) × 10⁻⁶/℃, что позволяет эффективно противостоять влиянию температурных изменений на точность оборудования. Кроме того, уникальная микроструктура гранита наделяет его превосходными демпфирующими характеристиками, что позволяет ему быстро поглощать внешнюю энергию вибрации и уменьшать влияние вибрации на точность обработки.
Чугун, как традиционный промышленный материал, имеет плотность около 7,86 г/см³, относительно высокую прочность на сжатие, но является горячим
Коэффициент расширения (приблизительно 12×10⁻⁶/℃) в 1,5-3 раза больше, чем у гранита. Кроме того, внутри чугуна имеются пластинчатые графитовые структуры. При длительном использовании эти структуры могут привести к концентрации напряжений, что повлияет на стабильность материала и впоследствии приведет к снижению точности.
II. Механизм точного затухания при обработке на пикосекундном уровне
Пикосекундная лазерная обработка предъявляет чрезвычайно высокие требования к стабильности окружающей среды. Любая незначительная деформация базового материала будет усилена в результате обработки. Температурные колебания, вибрации, возникающие при работе оборудования, усталость при длительной нагрузке и т. д. являются ключевыми факторами, приводящими к снижению точности.
При изменении температуры размер гранита немного меняется из-за его низкого коэффициента теплового расширения. Относительно большой коэффициент теплового расширения чугуна приведет к деформации основания, которую трудно обнаружить невооруженным глазом. Эта деформация напрямую повлияет на стабильность оптического пути лазера и приведет к смещению положения маркировки. С точки зрения вибрации высокая демпфирующая характеристика гранита может ослабить вибрацию 100 Гц в течение 0,12 секунды, в то время как чугуну требуется 0,9 секунды. В условиях высокочастотной вибрации точность обработки оборудования с чугунными основаниями более подвержена колебаниям.
III. Сравнение данных по прецизионному затуханию
Согласно испытаниям профессиональных учреждений, во время непрерывной 8-часовой пикосекундной лазерной маркировки затухание точности позиционирования по оси XY оборудования с гранитным основанием находится в пределах ±0,5 мкм. Затухание точности оборудования с чугунным основанием достигает ±3 мкм, со значительной разницей. В моделируемой среде с изменением температуры на 5℃ погрешность тепловой деформации оборудования с гранитным основанием составляет всего +0,8 мкм, в то время как у оборудования с чугунным основанием она достигает +12 мкм.
Более того, с точки зрения долгосрочного использования, процент неправильной оценки гранитных оснований составляет всего 0,03%, в то время как процент неправильной оценки чугунных оснований достигает 0,5% из-за проблем со структурной устойчивостью. Эти данные полностью демонстрируют, что при высоких требованиях к точности обработки на пикосекундном уровне преимущество гранитного основания в стабильности является значительным.
IV. Предложения по обновлению и практическое применение
Для предприятий, стремящихся к максимальной точности обработки, модернизация чугунного основания до гранитного является эффективным способом повышения производительности оборудования. В процессе модернизации следует уделять внимание точности обработки гранитного основания, чтобы гарантировать, что плоскостность поверхности соответствует проектным требованиям. В то же время, в сочетании со вспомогательными устройствами, такими как система виброизоляции воздушной флотации, можно дополнительно оптимизировать антивибрационные характеристики оборудования.
В настоящее время в таких отраслях, как производство полупроводниковых чипов и прецизионная обработка оптических компонентов, широко применяются лазерные маркировочные машины с гранитными основаниями, что эффективно повышает выход продукции и эффективность производства. Например, после того, как один изготовитель оптических компонентов модернизировал оборудование с чугунным основанием, уровень квалификации точности продукции увеличился с 82% до 97%, а эффективность производства значительно повысилась.
В заключение, в базовой модернизации пикосекундных лазерных маркировочных машин гранит, с его выдающейся термостойкостью, высокими демпфирующими характеристиками и способностью долговременного сохранения точности, стал идеальным выбором, превосходящим чугун. Предприятия могут разумно выбирать базовые материалы на основе собственных требований к обработке и бюджетов для достижения комплексной модернизации производительности оборудования.
Время публикации: 19 мая 2025 г.