Pikosekundiliste lasermärgistusmasinate valdkonnas on täpsus seadmete toimivuse hindamise põhinäitaja. Alus kui lasersüsteemi ja täppiskomponentide peamine kandja ning selle materjal mõjutab otseselt töötlemise täpsuse stabiilsust. Graniit ja malm kui kaks peamist alusmaterjali erinevad pikosekundilise ülipeentöötluse ajal täpsuse nõrgenemise omaduste poolest märkimisväärselt. See artikkel analüüsib põhjalikult nende kahe toimivuse eeliseid ja puudusi, et pakkuda teaduslikku alust seadmete täiustamiseks.
Materjali omadused määravad täpsuse aluse
Graniit on sisuliselt tardkivim, mis on moodustunud geoloogiliste protsesside käigus sadade miljonite aastate jooksul. Selle sisemine kristallstruktuur on tihe ja ühtlane, lineaarse paisumistegur on vaid 0,5–8 × 10⁻⁶/℃, mis on võrreldav täppissulamite, näiteks indiumterase omaga. See omadus muudab selle mõõtmete muutuse ümbritseva õhu temperatuuri kõikumisel peaaegu tühiseks, vältides tõhusalt optilise tee nihet ja mehaanilisi vigu, mis on põhjustatud soojuspaisumisest ja -kokkutõmbumisest. Lisaks on graniidi tihedus koguni 2,6–2,8 g/cm³, millel on loomulikult suurepärane vibratsiooni neeldumisvõime. See suudab lasertöötluse ajal tekkivaid kõrgsageduslikke vibratsioone kiiresti summutada, tagades optilise süsteemi ja liikuvate osade stabiilsuse.
Malmi aluseid kasutatakse laialdaselt tänu nende suurepärasele valamisomadusele ja kuluefektiivsusele. Hallmalmi tüüpiline helvesteline grafiidistruktuur annab sellele teatud summutusvõime, mis suudab neelata umbes 30–50% vibratsioonienergiast. Malmi soojuspaisumistegur on aga umbes 10⁻⁶ × 10⁻⁶/℃, mis on 2–3 korda suurem kui graniidil. Pikaajalise pideva töötlemise käigus tekkiva soojuse akumuleerumise tõttu on mõõtmete deformatsioon altid. Samal ajal tekib malmi sees valamispinge. Pinge vabanemine kasutamise käigus võib põhjustada aluse tasapinnases ja ristiasendis pöördumatuid muutusi.
Täppissumbumise mehhanism pikosekundilise taseme töötlemisel
Pikosekundiline lasertöötlus oma ülilühikeste impulsside omadustega võimaldab saavutada peentöötlust submikroni või isegi nanomeetri tasemel, kuid see seab ka ranged nõuded seadme stabiilsusele. Graniidist alus oma stabiilse sisemise struktuuriga suudab kontrollida vibratsioonireaktsiooni submikroni tasemel kõrgsagedusliku laserlöögi korral, säilitades tõhusalt laserfookuse positsioneerimistäpsuse. Mõõdetud andmed näitavad, et graniidist alusega lasermärgistusmasin säilitab joone laiuse hälbe ±0,5 μm piires ka pärast pidevat 8-tunnist pikosekundilist töötlemist.
Kui malmist alus puutub kokku pikosekundilise laseri kõrgsagedusliku vibratsiooniga, siis sisemine terastruktuur väsib pideva löögi tõttu mikroskoopiliselt, mille tulemuseks on aluse jäikuse vähenemine. Teatud pooljuhtide tootmisettevõtte seireandmed näitavad, et pärast kuuekuulist töötamist ulatub malmist alusega seadmete töötlemise täpsuse nõrgenemise määr 12%-ni, mis avaldub peamiselt joone servade kareduse suurenemisena ja positsioneerimisvigade suurenemisena. Samal ajal on malm keskkonna niiskuse suhtes suhteliselt tundlik. Pikaajaline kasutamine on altid roostele, mis kiirendab veelgi täpsuse halvenemist.
Toimivuserinevuste kontrollimine praktilistes rakendustes
3C elektrooniliste täppiskomponentide töötlemise valdkonnas viis tuntud ettevõte läbi võrdleva testi kahe materjalist alusmaterjali seadmete jõudluse kohta. Eksperimendis varustati kaks sama konfiguratsiooniga pikosekundilist lasermärgistusmasinat vastavalt graniidist ja malmist alustega, et lõigata ja märgistada 0,1 mm laiust mobiiltelefonide ekraanide klaasi. Pärast 200-tunnist pidevat töötlemist oli graniidist alusmaterjali seadmete töötlemise täpsuse säilivusmäär 98,7%, samas kui malmist alusmaterjali seadmetel oli see vaid 86,3%. Viimasega töödeldud klaasi servadel olid ilmsed saehamba defektid.
Lennunduskomponentide tootmisel peegeldavad teatud uurimisinstituudi pikaajalised seireandmed erinevusi intuitiivsemalt: graniidist alusega lasermärgistusmasinal on viieaastase kasutusea jooksul kumulatiivne täpsussumbumine alla 3 μm; kolme aasta pärast on aga malmist alusega seadme töötlemisviga, mis on põhjustatud aluse deformatsioonist, ületanud protsessistandardi ±10 μm ja tuleb läbi viia masina üldine täpsuse kalibreerimine.
Soovitused otsuste täiustamiseks
Kui ettevõtted peavad oma põhinõueteks suure täpsusega ja pika tsükliga stabiilset töötlemist, eriti sellistes valdkondades nagu pooljuhtkiibid ja täppisoptilised komponendid, on graniidist alused oma silmapaistva termilise stabiilsuse ja vibratsioonikindlusega ideaalne uuendusvalik. Kuigi selle esialgne hankekulu on 30–50% kõrgem kui malmil, võib täppiskalibreerimise ja hoolduseks vajalike seadmete seisakute vähendamine kogu elutsükli kulude seisukohast üldist kasu oluliselt suurendada. Rakendusstsenaariumide puhul, kus töötlemise täpsuse nõuded on suhteliselt madalad ja eelarve piiratud, saab malmist aluseid siiski kasutada üleminekulahendusena, eeldusel, et kasutuskeskkonda on mõistlikult kontrollitud.
Graniidi ja malmi täpsusnõrgendusomaduste süstemaatilisel võrdlemisel pikosekundilise töötlemise käigus on näha, et sobiva alusmaterjali valimine on lasermärgistusmasina töötlemise täpsuse ja töökindluse parandamise oluline samm. Ettevõtted peaksid oma tehnoloogilisi nõudeid ja kulukaalutlusi silmas pidades tegema teaduslikke otsuseid baasi uuendamise plaani kohta, et luua kindel seadmete alus tipptasemel tootmiseks.
Postituse aeg: 22. mai 2025