Metoder til kontrol af varmepåvirket zone for lasermarkørsmaskiner

En lasermarkørsmaskine er en enhed, der bruger en laserstråle med høj energitæthed til at skabe permanente mærker på overfladen af materialer. Under markeringsprocessen genererer laseren varme på materialoverfladen og dens omgivende område, hvilket danner en varmepåvirket zone (HAZ). HAZ kan forårsage misfarvning, brændinger eller lokal spænding, hvilket påvirker kvaliteten af markeringen. Denne artikel analyserer HAZ ud fra tre aspekter: dannelsesmekanisme, påvirkende faktorer og kontrolmetoder.

1. Dannelsesmekanisme for den varmepåvirkede zone

Under lasermarkering fokuseres laserstrålen på arbejdstykkets overflade gennem et fokussystem. Materialet absorberer laserenergien, opvarmes hurtigt og undergår lokal fordampning eller smeltning. Det omkringliggende område, der ikke fuldt ud fordamper, oplever en temperaturstigning på grund af varmeledning, hvilket danner varmepåvirkede zoner. Nøgleegenskaber for den varmepåvirkede zone inkluderer:

Afhængighed af pletstørrelse: Større laserpletter fordeler varmen over et bredere område, hvilket resulterer i en større varmepåvirket zone.

Materialets varmeledningsevne: Metaller med høj varmeledningsevne spredes varme hurtigt, hvilket resulterer i en større varmepåvirket zone, mens materialer med lav varmeledningsevne holder varmen tilbage, hvilket resulterer i en mindre varmepåvirket zone.

Pulsenergi og varighed: Høj effekt, lange pulser eller kontinuerlig bølgemodus har tendens til at øge varmediffusionen.

2. Faktorer, der påvirker størrelsen på den varmepåvirkede zone

Laserstyrke
Højere effekt resulterer i større energiabsorption, hurtigere stigning i overflatetemperaturen og bredere varmediffusion, hvilket forøger størrelsen på den varmepåvirkede zone.

Pulsbredde og gentagelseshastighed
Kortpulslasere koncentrerer energi, begrænser varmen til fokuspunktet og minimerer den påvirkede varmzone (HAZ). Lange pulser eller høje gentagelseshastigheder kan akkumulere varme og forøge HAZ.

Spotstørrelse og fokusposition
Små, præcist fokuserede spots koncentrerer varme og giver skarpe mærker. Store spots eller uskarphed i fokus spredes varmen og udvider HAZ.

Scanningshastighed
Langsom scanning får laseren til at opholde sig længere på samme område, hvilket øger varmeakkumulering. Hurtigere scanning reducerer lokal temperaturstigning og formindsker HAZ.

Materialegenskaber
Termisk ledningsevne, absorptionshastighed og smeltepunkt for materialet påvirker direkte varmediffusionen. For eksempel har aluminium og kobber høj termisk ledningsevne og derved en stor HAZ, mens kunststoffer og keramik har en mindre HAZ.

3. Metoder til at kontrollere den varmepåvirkede zone

Optimer laserstyrke og pulsparametre
Juster effekt, pulsbredde og gentagelseshastighed i henhold til materialeegenskaber for at koncentrere energi i fokuspunktet uden overdreven diffusion. Korte pulser med høj top-effekt reducerer effektivt HAZ.

Juster fokussystemet
Vælg et passende brændviddelinse og sikr, at fokuspunktet præcist ligger på materialoverfladen for at forhindre varmspredning. Mindre pletstørrelser reducerer HAZ.

Forøg skanningshastighed
Forøg hastigheden på galvanometer-scannere eller XY-trin for at reducere laserens opholdstid og derved minimere lokal varmeophobning.

Markering i trin eller med flere gennemløb
Brug ved mørke eller tykke materialer flere gennemløb med lav energi for gradvist at akkumulere varme uden at skabe en overdreven HAZ.

Supplerende køling
Anvend luftblæsning eller vandkøling under markering for at fjerne overfladevarme og kontrollere varmediffusion.

Vælg passende laserbølgelængde
Materialer absorberer forskellige bølgelængder forskelligt. Ved at vælge en passende bølgelængde forbedres mærkningshastigheden og varmediffusionen reduceres, hvilket giver bedre kontrol med HAZ.

Varmepåvirkede zoner er et uundgåeligt fænomen ved lasermarkering. Ved optimering af laserstyrke, pulsparametre, fokussystem, scanninghastighed samt anvendelse af køling kan størrelsen på den varmepåvirkede zone dog effektivt kontrolleres, så markeringens kvalitet sikres. At kontrollere HAZ forbedrer ikke kun markeringens klarhed og præcision, men reducerer også materialedeformation og overfladeskader, hvilket gør det til en nøgleteknologi for højpræcisions lasermarkering.