In u campu di e macchine di marcatura laser à livellu di picosecondi, a precisione hè l'indicatore principale per valutà e prestazioni di l'equipaggiu. A basa, cum'è supportu chjave per u sistema laser è i cumpunenti di precisione, u so materiale influenza direttamente a stabilità di a precisione di trasfurmazione. U granitu è a ghisa, cum'è dui materiali di basa principali, anu differenze significative in e caratteristiche di attenuazione di precisione durante a trasfurmazione ultrafine à livellu di picosecondi. Questu articulu analizzerà in prufundità i vantaghji è i svantaghji di e prestazioni di i dui per furnisce una basa scientifica per l'aghjurnamentu di l'equipaggiu.
E proprietà di i materiali determinanu a basa di a precisione
U granitu hè essenzialmente una roccia ignea furmata per via di prucessi geologichi annantu à centinaie di milioni d'anni. A so struttura cristallina interna hè densa è uniforme, cù un coefficientu di espansione lineare bassu cum'è 0,5-8 ×10⁻⁶/℃, paragunabile à quellu di leghe di precisione cum'è l'acciaiu à l'indiu. Sta caratteristica rende u so cambiamentu dimensionale quasi trascurabile quandu a temperatura ambiente fluttua, evitendu efficacemente l'offset di u percorsu otticu è l'errori meccanichi causati da l'espansione è a cuntrazione termica. Inoltre, a densità di u granitu hè alta cum'è 2,6-2,8 g/cm³, chì pussede naturalmente una eccellente capacità di assorbimentu di vibrazioni. Pò attenuà rapidamente e vibrazioni d'alta frequenza generate durante u trattamentu laser, assicurendu a stabilità di u sistema otticu è di e parti mobili.
E basi in ghisa sò largamente aduprate per via di e so eccellenti prestazioni di fusione è di i so vantaghji in termini di costi. A tipica struttura in grafite a scaglie di a ghisa grisgia li dà una certa prestazione di smorzamentu, chì pò assorbe circa da u 30% à u 50% di l'energia di vibrazione. Tuttavia, u coefficientu di dilatazione termica di a ghisa hè circa 10-12 ×10⁻⁶/℃, chì hè 2-3 volte quellu di u granitu. Sottu à l'accumulazione di calore generatu da un trattamentu continuu à longu andà, hè prubabile chì si verifichi una deformazione dimensionale. Intantu, ci hè una tensione di fusione in a ghisa. Mentre a tensione hè liberata durante u prucessu d'usu, pò causà cambiamenti irreversibili in a planarità è a perpendicularità di a basa.
U mecanismu di attenuazione di precisione in u trattamentu à livellu di picosecondi
U trattamentu laser à picosecondi, cù e so caratteristiche d'impulsi ultracorti, pò ottene un trattamentu fine à u livellu submicronicu o ancu à u livellu nanometricu, ma pone ancu esigenze strette per a stabilità di l'equipaggiu. A basa di granitu, cù a so struttura interna stabile, pò cuntrullà a risposta di vibrazione à u livellu submicronicu sottu à l'impattu laser à alta frequenza, mantenendu efficacemente a precisione di pusizionamentu di u focu laser. I dati misurati mostranu chì a macchina di marcatura laser cù una basa di granitu mantene sempre una deviazione di larghezza di linea in ± 0,5 μm dopu à un trattamentu continuu di picosecondi di 8 ore.
Quandu a basa di ghisa hè esposta à a vibrazione d'alta frequenza di u laser à picosecondi, a struttura interna di u granu subisce una fatica microscopica per via di l'impattu cuntinuu, chì porta à una diminuzione di a rigidità di a basa. I dati di monitoraghju di una certa impresa di fabricazione di semiconduttori mostranu chì dopu à sei mesi di funziunamentu, u tassu d'attenuazione di a precisione di trasfurmazione di l'equipaggiamenti cù basi di ghisa righjunghje u 12%, manifestatu principalmente cum'è un aumentu di a rugosità di i bordi di a linea è una espansione di l'errori di pusizionamentu. Intantu, a ghisa hè relativamente sensibile à l'umidità ambientale. L'usu à longu andà hè propensu à a ruggine, accelerendu ulteriormente u deterioramentu di a precisione.
Verificazione di e differenze di prestazione in applicazioni pratiche
In u campu di a trasfurmazione di cumpunenti elettronichi di precisione 3C, una impresa ben cunnisciuta hà realizatu una prova comparativa nantu à e prestazioni di l'equipaggiu di dui tipi di basi di materiale. In l'esperimentu, duie macchine di marcatura laser à picosecondi cù a stessa cunfigurazione sò state rispettivamente dotate di basi di granitu è di ghisa per taglià è marcà u vetru di schermi di telefoni cellulari cù una larghezza di 0,1 mm. Dopu à 200 ore di trasfurmazione cuntinua, u tassu di ritenzione di a precisione di trasfurmazione di l'equipaggiu di basa di granitu era di 98,7%, mentre chì quellu di l'equipaggiu di basa di ghisa era solu di 86,3%. I bordi di u vetru trasfurmatu da quest'ultimu anu mostratu difetti evidenti di dente di sega.
In a fabricazione di cumpunenti aerospaziali, i dati di monitoraghju à longu andà di un certu istitutu di ricerca riflettenu più intuitivamente e differenze: A macchina di marcatura laser cù una basa di granitu hà una attenuazione di precisione cumulativa inferiore à 3 μm in una vita di serviziu di cinque anni; Tuttavia, dopu à trè anni, l'errore di trasfurmazione di l'equipaggiu di basa in ghisa causatu da a deformazione di a basa hà superatu u standard di prucessu di ± 10 μm, è a calibrazione generale di a precisione di a macchina deve esse effettuata.
Suggerimenti per migliurà e decisioni
Sè l'imprese piglianu cum'è esigenze principali a trasfurmazione stabile à alta precisione è à longu andà, in particulare in campi cum'è i chip semiconduttori è i cumpunenti ottici di precisione, e basi in granitu, cù a so eccezziunale stabilità termica è resistenza à e vibrazioni, sò una scelta ideale per l'aghjurnamentu. Ancu s'è u so costu iniziale d'acquistu hè da 30% à 50% più altu ch'è quellu di a ghisa, da a perspettiva di u costu di u ciclu di vita cumpletu, a frequenza ridutta di calibrazione di precisione è u tempu di inattività di l'equipaggiu per a manutenzione ponu migliurà significativamente i benefici generali. Per scenarii d'applicazione cù esigenze di precisione di trasfurmazione relativamente basse è budget limitati, e basi in ghisa ponu ancu esse aduprate cum'è una suluzione di transizione sottu a premessa di cuntrullà ragiunevolmente l'ambiente d'usu.
Cunfruntendu sistematicamente e caratteristiche di attenuazione di precisione di u granitu è di a ghisa in a trasfurmazione à livellu di picosecondi, si pò vede chì a scelta di u materiale di basa adattatu hè un passu chjave per migliurà a precisione di trasfurmazione è l'affidabilità di a macchina di marcatura laser. L'imprese devenu, à a luce di i so propri requisiti tecnologichi è di e cunsiderazioni di costu, piglià decisioni scientifiche nantu à u pianu di aghjurnamentu di basa per furnisce una basa solida di l'equipaggiu per a fabricazione di alta gamma.
Data di publicazione: 22 di maghju di u 2025