Nos cenários de processamento de alta precisão de máquinas de marcação a laser de picossegundos, a base, como componente central de suporte do equipamento, e a seleção do material determinam diretamente a estabilidade da precisão do processamento. Granito e ferro fundido são dois materiais comuns para a fabricação da base. Este artigo realizará uma comparação de aspectos como propriedades físicas, o princípio da atenuação de precisão e dados de aplicação prática, fornecendo uma base científica para a atualização do equipamento.
I. Diferenças nas propriedades dos materiais: a lógica subjacente ao desempenho de precisão
O granito é uma rocha ígnea natural, formada pela cristalização de minerais como quartzo e feldspato em seu interior. Caracteriza-se por uma estrutura densa e alta dureza. Sua densidade geralmente varia entre 2,7 e 3,1 g/cm³, e seu coeficiente de expansão térmica é extremamente baixo, aproximadamente (4-8) ×10⁻⁶/°C, o que permite resistir eficazmente à influência das mudanças de temperatura na precisão do equipamento. Além disso, a microestrutura única do granito confere-lhe excelente desempenho de amortecimento, permitindo-lhe absorver rapidamente a energia de vibração externa e reduzir a interferência da vibração na precisão do processamento.
O ferro fundido, como material industrial tradicional, tem densidade de aproximadamente 7,86g/cm³, resistência à compressão relativamente alta, mas é quente
O número de expansão (aproximadamente 12×10⁻⁶/°C) é de 1,5 a 3 vezes maior que o do granito. Além disso, existem estruturas de grafite em flocos no interior do ferro fundido. Durante o uso prolongado, essas estruturas podem levar à concentração de tensões, afetando a estabilidade do material e, consequentemente, causando uma perda de precisão.
Ii. Mecanismo de Atenuação de Precisão na Usinagem em Nível de Picossegundos
O processamento a laser em picossegundos exige requisitos extremamente elevados de estabilidade ambiental. Qualquer leve deformação do material base será amplificada no resultado do processamento. Flutuações de temperatura, vibrações geradas pela operação do equipamento, fadiga sob carga prolongada, etc., são fatores-chave que levam à atenuação da precisão.
Quando a temperatura muda, o tamanho do granito muda ligeiramente devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica. O coeficiente de expansão térmica relativamente alto do ferro fundido fará com que a base sofra deformações difíceis de detectar a olho nu. Essa deformação afetará diretamente a estabilidade do caminho óptico do laser e causará o deslocamento da posição de marcação. Em termos de vibração, a alta característica de amortecimento do granito pode atenuar a vibração de 100 Hz em 0,12 segundos, enquanto o ferro fundido requer 0,9 segundos. Sob condições de vibração de alta frequência, a precisão de processamento de equipamentos com bases de ferro fundido é mais propensa a flutuações.
Iii. Comparação de dados de atenuação de precisão
De acordo com testes realizados por instituições profissionais, durante a operação contínua de marcação a laser de picossegundos de 8 horas, a atenuação da precisão de posicionamento no eixo XY do equipamento com base de granito é de ±0,5 μm. A atenuação de precisão do equipamento com base de ferro fundido atinge ±3 μm, com uma diferença significativa. Em um ambiente simulado com variação de temperatura de 5°C, o erro de deformação térmica do equipamento com base de granito é de apenas +0,8 μm, enquanto o do equipamento com base de ferro fundido chega a +12 μm.
Além disso, em termos de uso a longo prazo, a taxa de erro de julgamento das bases de granito é de apenas 0,03%, enquanto a taxa de erro de julgamento das bases de ferro fundido chega a 0,5% devido a problemas de estabilidade estrutural. Esses dados demonstram plenamente que, sob os requisitos de alta precisão do processamento em picossegundos, a vantagem de estabilidade da base de granito é significativa.
Iv. Sugestões de atualização e aplicações práticas
Para empresas que buscam a máxima precisão de processamento, a atualização da base de ferro fundido para a base de granito é uma maneira eficaz de aprimorar o desempenho do equipamento. Durante o processo de atualização, deve-se prestar atenção à precisão de processamento da base de granito para garantir que a planura da superfície atenda aos requisitos de projeto. Ao mesmo tempo, em combinação com dispositivos auxiliares, como o sistema de isolamento de vibração por flutuação a ar, o desempenho antivibração do equipamento pode ser ainda mais otimizado.
Atualmente, em setores como a fabricação de chips semicondutores e o processamento de componentes ópticos de precisão, máquinas de marcação a laser com base de granito têm sido amplamente adotadas, aumentando efetivamente o rendimento do produto e a eficiência da produção. Por exemplo, após um determinado fabricante de componentes ópticos atualizar o equipamento com base de ferro fundido, a taxa de qualificação da precisão do produto aumentou de 82% para 97%, e a eficiência da produção foi significativamente aprimorada.
Em suma, na atualização básica de máquinas de marcação a laser de picossegundos, o granito, com sua excelente estabilidade térmica, alto desempenho de amortecimento e capacidade de retenção de precisão a longo prazo, tornou-se uma escolha ideal, superior ao ferro fundido. As empresas podem selecionar materiais de base de forma razoável, com base em suas próprias necessidades de processamento e orçamentos, para obter uma atualização abrangente do desempenho do equipamento.
Data de publicação: 19 de maio de 2025