У галіне лазерных маркіровачных машын пікасекунднага ўзроўню дакладнасць з'яўляецца асноўным паказчыкам для ацэнкі прадукцыйнасці абсталявання. Аснова, як ключавы носьбіт для лазернай сістэмы і дакладных кампанентаў, і яе матэрыял непасрэдна ўплывае на стабільнасць дакладнасці апрацоўкі. Граніт і чыгун, як два асноўныя матэрыялы, маюць значныя адрозненні ў характарыстыках дакладнага згасання падчас звыштонкай апрацоўкі пікасекунднага ўзроўню. У гэтым артыкуле будуць падрабязна прааналізаваны перавагі і недахопы прадукцыйнасці гэтых двух матэрыялаў, каб забяспечыць навуковую аснову для мадэрнізацыі абсталявання.
Уласцівасці матэрыялаў вызначаюць аснову дакладнасці
Граніт — гэта, па сутнасці, магматычная парода, якая ўтварылася ў выніку геалагічных працэсаў на працягу соцень мільёнаў гадоў. Яго ўнутраная крыштальная структура шчыльная і аднастайная, з каэфіцыентам лінейнага пашырэння ўсяго 0,5-8 ×10⁻⁶/℃, што параўнальна з каэфіцыентам дакладных сплаваў, такіх як індыевая сталь. Гэтая характарыстыка робіць змены яго памераў практычна нязначнымі пры ваганнях тэмпературы навакольнага асяроддзя, эфектыўна пазбягаючы зрушэння аптычнага шляху і механічных памылак, выкліканых цеплавым пашырэннем і сцісканнем. Акрамя таго, шчыльнасць граніту дасягае 2,6-2,8 г/см³, што, натуральна, валодае выдатнай здольнасцю паглынаць вібрацыі. Ён можа хутка паслабляць высокачашчынныя вібрацыі, якія ўзнікаюць падчас лазернай апрацоўкі, забяспечваючы стабільнасць аптычнай сістэмы і рухомых частак.
Чыгунныя асновы шырока выкарыстоўваюцца дзякуючы сваім выдатным характарыстыкам ліцця і перавагам у кошце. Тыповая структура шэрага чыгуну з лускаватым графітам надае яму пэўныя дэмпфіруючыя ўласцівасці, якія могуць паглынаць каля 30%-50% энергіі вібрацыі. Аднак каэфіцыент цеплавога пашырэння чыгуну складае прыблізна 10-12 ×10⁻⁶/℃, што ў 2-3 разы больш, чым у граніту. Пры назапашванні цяпла, якое выпрацоўваецца пры працяглай бесперапыннай апрацоўцы, схільна да дэфармацыі памераў. У той жа час унутры чыгуну ўзнікае напружанне пры ліцці. Паколькі напружанне вызваляецца ў працэсе выкарыстання, гэта можа прывесці да незваротных змен у плоскасці і перпендыкулярнасці асновы.
Механізм дакладнага згасання пры апрацоўцы на пікасекундным узроўні
Пікасекундная лазерная апрацоўка з яе ультракароткімі імпульсамі дазваляе дасягнуць дакладнай апрацоўкі на субмікронным або нават нанаметровым узроўні, але яна таксама прад'яўляе строгія патрабаванні да стабільнасці абсталявання. Гранітная аснова з яе стабільнай унутранай структурай можа кантраляваць вібрацыйную рэакцыю на субмікронным узроўні пад уздзеяннем высокачастотнага лазера, эфектыўна падтрымліваючы дакладнасць пазіцыянавання лазернага фокусу. Вымераныя дадзеныя паказваюць, што лазерная маркіровачная машына з гранітнай асновай усё яшчэ падтрымлівае адхіленне шырыні лініі ў межах ±0,5 мкм пасля бесперапыннай 8-гадзіннай пікасекунднай апрацоўкі.
Калі чыгунная аснова падвяргаецца ўздзеянню высокачастотных вібрацый пікасекунднага лазера, унутраная зярністая структура падвяргаецца мікраскапічнай стомленасці з-за пастаяннага ўздзеяння, што прыводзіць да зніжэння калянасці асновы. Дадзеныя маніторынгу аднаго з паўправадніковых вытворчасцей паказваюць, што пасля шасці месяцаў працы ўзровень згасання дакладнасці апрацоўкі абсталявання з чыгуннымі асновамі дасягае 12%, што ў асноўным праяўляецца ў павелічэнні шурпатасці краёў ліній і павелічэнні памылак пазіцыянавання. У той жа час чыгун адносна адчувальны да вільготнасці навакольнага асяроддзя. Пры працяглым выкарыстанні ён схільны да іржы, што яшчэ больш паскарае пагаршэнне дакладнасці.
Праверка адрозненняў у прадукцыйнасці на практычных прымяненнях
У галіне апрацоўкі электронных кампанентаў з высокай дакладнасцю 3C вядомае прадпрыемства правяло параўнальнае выпрабаванне прадукцыйнасці абсталявання з двух тыпаў матэрыяльных асноў. У эксперыменце дзве пікасекундныя лазерныя маркіровачныя машыны аднолькавай канфігурацыі былі абсталяваны адпаведна гранітнай і чыгуннай асновамі для рэзкі і маркіроўкі шкла экранаў мабільных тэлефонаў шырынёй 0,1 мм. Пасля 200 гадзін бесперапыннай апрацоўкі дакладнасць апрацоўкі гранітнай асновай захавалася на ўзроўні 98,7%, у той час як чыгунная аснова — толькі 86,3%. Краі шкла, апрацаванага апошняй, мелі відавочныя дэфекты ў выглядзе піласці.
У вытворчасці аэракасмічных кампанентаў дадзеныя доўгатэрміновага маніторынгу пэўнага даследчага інстытута больш інтуітыўна адлюстроўваюць адрозненні: лазерная маркіровачная машына з гранітнай асновай мае сукупнае згасанне дакладнасці менш за 3 мкм на працягу пяцігадовага тэрміну службы; аднак праз тры гады памылка апрацоўкі абсталявання з чыгуннай асновай, выкліканая дэфармацыяй асновы, перавысіла стандарт працэсу ±10 мкм, і неабходна правесці агульную каліброўку дакладнасці машыны.
Прапановы па мадэрнізацыі рашэнняў
Калі прадпрыемствы ў якасці асноўных патрабаванняў ставяць высокую дакладнасць і доўгатэрміновую стабільнасць апрацоўкі, асабліва ў такіх галінах, як паўправадніковыя чыпы і дакладныя аптычныя кампаненты, гранітныя падставы, дзякуючы сваёй выдатнай тэрмаўстойлівасці і вібраўстойлівасці, з'яўляюцца ідэальным выбарам для мадэрнізацыі. Нягледзячы на тое, што першапачатковы кошт набыцця на 30–50 % вышэйшы, чым у чыгунных, з пункту гледжання поўнага жыццёвага цыклу кошту, зніжэнне частаты дакладнай каліброўкі і прастою абсталявання для тэхнічнага абслугоўвання можа значна павялічыць агульныя перавагі. Для сцэнарыяў прымянення з адносна нізкімі патрабаваннямі да дакладнасці апрацоўкі і абмежаваным бюджэтам чыгунныя падставы ўсё яшчэ можна выкарыстоўваць у якасці пераходнага рашэння пры ўмове разумнага кантролю ўмоў выкарыстання.
Сістэматычна параўноўваючы характарыстыкі дакладнасці аслаблення граніту і чыгуну пры апрацоўцы на пікасекундным узроўні, можна ўбачыць, што выбар адпаведнага асноўнага матэрыялу з'яўляецца ключавым крокам да павышэння дакладнасці апрацоўкі і надзейнасці лазернай маркіровачнай машыны. Прадпрыемствы павінны, улічваючы ўласныя тэхналагічныя патрабаванні і меркаванні кошту, прымаць навуковыя рашэнні па плане мадэрнізацыі базы, каб забяспечыць трывалую аснову абсталявання для высакаякаснай вытворчасці.
Час публікацыі: 22 мая 2025 г.