En el camp de les màquines de marcatge làser de nivell de picosegons, la precisió és l'indicador principal per avaluar el rendiment de l'equip. La base, com a suport clau per al sistema làser i els components de precisió, el seu material afecta directament l'estabilitat de la precisió del processament. El granit i la fosa, com a dos materials base principals, tenen diferències significatives en les característiques d'atenuació de precisió durant el processament ultrafí de nivell de picosegons. Aquest article analitzarà en profunditat els avantatges i desavantatges de rendiment dels dos per proporcionar una base científica per a l'actualització dels equips.
Les propietats dels materials determinen la base de la precisió
El granit és essencialment una roca ígnia formada a través de processos geològics durant centenars de milions d'anys. La seva estructura cristal·lina interna és densa i uniforme, amb un coeficient d'expansió lineal tan baix com 0,5-8 ×10⁻⁶/℃, comparable al d'aliatges de precisió com l'acer d'indi. Aquesta característica fa que el seu canvi dimensional sigui gairebé insignificant quan la temperatura ambient fluctua, evitant eficaçment el desplaçament del camí òptic i els errors mecànics causats per l'expansió i la contracció tèrmiques. A més, la densitat del granit és de fins a 2,6-2,8 g/cm³, que naturalment posseeix una excel·lent capacitat d'absorció de vibracions. Pot atenuar ràpidament les vibracions d'alta freqüència generades durant el processament làser, garantint l'estabilitat del sistema òptic i de les parts mòbils.
Les bases de ferro colat s'utilitzen àmpliament a causa del seu excel·lent rendiment de fosa i els seus avantatges en termes de costos. L'estructura típica de grafit en escates del ferro colat gris li confereix un cert rendiment d'amortiment, que pot absorbir aproximadament entre el 30% i el 50% de l'energia de vibració. Tanmateix, el coeficient d'expansió tèrmica del ferro colat és d'aproximadament 10-12 ×10⁻⁶/℃, que és 2-3 vegades superior al del granit. Sota l'acumulació de calor generada pel processament continu a llarg termini, és propens a produir-se deformacions dimensionals. Mentrestant, hi ha tensió de fosa dins del ferro colat. A mesura que s'allibera la tensió durant el procés d'ús, pot causar canvis irreversibles en la planitud i la perpendicularitat de la base.
El mecanisme d'atenuació de precisió en el processament a nivell de picosegons
El processament làser de picosegons, amb les seves característiques de pols ultracurt, pot aconseguir un processament precís a nivell submicrònic o fins i tot a nivell nanomètric, però també planteja requisits estrictes per a l'estabilitat de l'equip. La base de granit, amb la seva estructura interna estable, pot controlar la resposta de vibració a nivell submicrònic sota impacte làser d'alta freqüència, mantenint eficaçment la precisió de posicionament del focus làser. Les dades mesurades mostren que la màquina de marcatge làser amb una base de granit encara manté una desviació de l'amplada de línia dins de ±0,5 μm després d'un processament continu de picosegons de 8 hores.
Quan la base de ferro colat s'exposa a la vibració d'alta freqüència d'un làser de picosegons, l'estructura interna del gra experimentarà una fatiga microscòpica a causa de l'impacte continu, cosa que provocarà una disminució de la rigidesa de la base. Les dades de monitorització d'una determinada empresa de fabricació de semiconductors mostren que, després de sis mesos de funcionament, la taxa d'atenuació de la precisió del processament dels equips amb bases de ferro colat arriba al 12%, manifestant-se principalment com un augment de la rugositat de les vores de la línia i una expansió dels errors de posicionament. Mentrestant, el ferro colat és relativament sensible a la humitat ambiental. L'ús a llarg termini és propens a l'oxidació, cosa que accelera encara més el deteriorament de la precisió.
Verificació de les diferències de rendiment en aplicacions pràctiques
En el camp del processament de components electrònics de precisió 3C, una empresa coneguda va dur a terme una prova comparativa sobre el rendiment de l'equip de dos tipus de bases de material. A l'experiment, dues màquines de marcatge làser de picosegons amb la mateixa configuració es van equipar respectivament amb bases de granit i ferro colat per tallar i marcar el vidre de pantalles de telèfons mòbils amb una amplada de 0,1 mm. Després de 200 hores de processament continu, la taxa de retenció de la precisió del processament de l'equip de base de granit va ser del 98,7%, mentre que la de l'equip de base de ferro colat va ser només del 86,3%. Les vores del vidre processat per aquest últim van mostrar defectes evidents de dent de serra.
En la fabricació de components aeroespacials, les dades de monitorització a llarg termini d'un determinat institut de recerca reflecteixen les diferències de manera més intuïtiva: la màquina de marcatge làser amb una base de granit té una atenuació de precisió acumulada inferior a 3 μm en una vida útil de cinc anys; Tanmateix, després de tres anys, l'error de processament de l'equip de base de ferro colat causat per la deformació de la base ha superat l'estàndard de procés de ±10 μm, i s'ha de dur a terme la calibració general de la precisió de la màquina.
Suggeriments per millorar les decisions
Si les empreses consideren el processament d'alta precisió i estable a llarg termini com les seves demandes principals, especialment en camps com els xips semiconductors i els components òptics de precisió, les bases de granit, amb la seva excepcional estabilitat tèrmica i resistència a les vibracions, són una opció ideal d'actualització. Tot i que el seu cost d'adquisició inicial és entre un 30% i un 50% superior al de la fosa, des de la perspectiva del cost del cicle de vida complet, la freqüència reduïda de calibratge de precisió i el temps d'inactivitat dels equips per manteniment poden millorar significativament els beneficis generals. Per a escenaris d'aplicació amb requisits de precisió de processament relativament baixos i pressupostos limitats, les bases de fosa encara es poden utilitzar com a solució de transició sota la premissa de controlar raonablement l'entorn d'ús.
En comparar sistemàticament les característiques d'atenuació de precisió del granit i la fosa en el processament a nivell de picosegons, es pot veure que l'elecció del material base adequat és un pas clau per millorar la precisió i la fiabilitat del processament de la màquina de marcatge làser. Les empreses, a la llum dels seus propis requisits tecnològics i consideracions de costos, haurien de prendre decisions científiques sobre el pla d'actualització de la base per proporcionar una base sòlida d'equips per a la fabricació d'alta gamma.
Data de publicació: 22 de maig de 2025