Bij uiterst nauwkeurige bewerkingsscenario's met picoseconde-lasermarkeringsmachines is de basis, als het belangrijkste ondersteunende onderdeel van de apparatuur, en de materiaalkeuze ervan, van cruciaal belang voor de stabiliteit van de bewerkingsnauwkeurigheid. Graniet en gietijzer zijn twee veelgebruikte materialen voor de basis. Dit artikel vergelijkt deze materialen op basis van aspecten zoals fysische eigenschappen, het principe van precisievermindering en praktijkgegevens, en biedt daarmee een wetenschappelijke basis voor het upgraden van apparatuur.
I. Verschillen in materiaaleigenschappen: De onderliggende logica van precisieprestaties
Graniet is een natuurlijk stollingsgesteente, gevormd door de dichte kristallisatie van mineralen zoals kwarts en veldspaat. Het wordt gekenmerkt door een dichte structuur en een hoge hardheid. De dichtheid ligt doorgaans tussen 2,7 en 3,1 g/cm³ en de thermische uitzettingscoëfficiënt is extreem laag, ongeveer (4-8) × 10⁻⁶/℃, waardoor het de invloed van temperatuurschommelingen op de nauwkeurigheid van de apparatuur effectief kan weerstaan. Bovendien zorgt de unieke microstructuur van graniet voor uitstekende dempende eigenschappen, waardoor het externe trillingsenergie snel kan absorberen en de invloed van trillingen op de verwerkingsnauwkeurigheid kan verminderen.
Gietijzer, als traditioneel industrieel materiaal, heeft een dichtheid van ongeveer 7,86 g/cm³, een relatief hoge druksterkte, maar is wel heet.
Het uitzettingsgetal (ongeveer 12×10⁻⁶/℃) is 1,5 tot 3 keer zo hoog als dat van graniet. Bovendien bevat gietijzer vlokgrafietstructuren. Bij langdurig gebruik kunnen deze structuren leiden tot spanningsconcentraties, waardoor de stabiliteit van het materiaal wordt aangetast en de precisie afneemt.
II. Precisiedempingsmechanisme bij bewerkingen op picosecondeniveau
Laserbewerking op picosecondeniveau stelt extreem hoge eisen aan de omgevingsstabiliteit. Elke kleine vervorming van het basismateriaal wordt uitvergroot in het bewerkingsresultaat. Temperatuurschommelingen, trillingen veroorzaakt door de werking van de apparatuur, vermoeidheid bij langdurige belasting, enzovoort, zijn allemaal belangrijke factoren die leiden tot een afname van de nauwkeurigheid.
Bij temperatuurschommelingen verandert de afmeting van graniet slechts licht door de lage thermische uitzettingscoëfficiënt. De relatief hoge thermische uitzettingscoëfficiënt van gietijzer zorgt ervoor dat de basis vervormt, wat met het blote oog moeilijk waarneembaar is. Deze vervorming beïnvloedt direct de stabiliteit van het laserpad en kan leiden tot verschuivingen in de markeerpositie. Wat betreft trillingen: de hoge dempingseigenschappen van graniet kunnen trillingen van 100 Hz binnen 0,12 seconden dempen, terwijl gietijzer daar 0,9 seconden voor nodig heeft. Onder omstandigheden met hoogfrequente trillingen is de verwerkingsnauwkeurigheid van apparatuur met een gietijzeren basis gevoeliger voor schommelingen.
III. Vergelijking van precisie-dempingsgegevens
Volgens tests van professionele instellingen bedraagt de afname van de positioneringsnauwkeurigheid in de XY-richting van apparatuur met een granieten basis tijdens een continue 8-uur durende picoseconde lasermarkeringsoperatie binnen ±0,5 μm. De afname van de precisie bij apparatuur met een gietijzeren basis bedraagt ±3 μm, een significant verschil. In een gesimuleerde omgeving met een temperatuurverandering van 5 °C bedraagt de thermische vervormingsfout van de apparatuur met granieten basis slechts +0,8 μm, terwijl die van de apparatuur met gietijzeren basis oploopt tot +12 μm.
Bovendien bedraagt het foutpercentage bij granieten bases, vanuit het perspectief van langdurig gebruik, slechts 0,03%, terwijl dit bij gietijzeren bases oploopt tot 0,5% vanwege problemen met de structurele stabiliteit. Deze gegevens tonen duidelijk aan dat het stabiliteitsvoordeel van een granieten base aanzienlijk is bij de hoge precisie-eisen van picoseconde-bewerkingen.
IV. Upgrade-suggesties en praktische toepassingen
Voor bedrijven die streven naar de hoogst mogelijke precisie in de bewerking, is het vervangen van de gietijzeren basis door een granieten basis een effectieve manier om de prestaties van de apparatuur te verbeteren. Tijdens het upgradeproces moet aandacht worden besteed aan de precisie van de bewerking van de granieten basis om ervoor te zorgen dat de vlakheid van het oppervlak voldoet aan de ontwerpeisen. Tegelijkertijd kan, in combinatie met hulpapparatuur zoals een luchtgeveerd trillingsdempingssysteem, de trillingsdemping van de apparatuur verder worden geoptimaliseerd.
In industrieën zoals de productie van halfgeleiderchips en de bewerking van precisie-optische componenten worden lasermarkeringsmachines met granieten onderstellen tegenwoordig veelvuldig gebruikt, wat de productopbrengst en productie-efficiëntie aanzienlijk verhoogt. Zo steeg bijvoorbeeld het percentage goedgekeurde producten na vervanging van de apparatuur met gietijzeren onderstellen van 82% naar 97%, waardoor de productie-efficiëntie aanzienlijk verbeterde.
Kortom, bij de basisupgrade van picoseconde-lasermarkeringsmachines is graniet, met zijn uitstekende thermische stabiliteit, hoge dempingseigenschappen en vermogen om de precisie op lange termijn te behouden, een ideale keuze gebleken die superieur is aan gietijzer. Bedrijven kunnen op basis van hun eigen verwerkingsvereisten en budgetten een basismateriaal kiezen om de prestaties van hun apparatuur optimaal te verbeteren.
Geplaatst op: 19 mei 2025