Siltuma ietekmētās zonas kontroles metodes lāzera marķēšanas mašīnām

Lāzera marķēšanas mašīna ir ierīce, kas izmanto augstas enerģijas blīvuma lāzera staru, lai uz materiālu virsmas veidotu pastāvīgas atzīmes. Marķēšanas procesā lāzers radīs siltumu uz materiāla virsmas un tās apkārtējā apgabalā, veidojot siltuma ietekmētu zonu (HAZ). HAZ var izraisīt krāsas maiņu, sadegšanu vai lokalizētu spriedzi, kas ietekmē marķējuma kvalitāti. Šis raksts analizē HAZ trīs aspektos: veidošanās mehānisms, ietekmējošie faktori un kontroles metodes.

1. Siltuma ietekmētās zonas veidošanās mehānisms

Lāzera marķēšanas laikā fokusēšanas sistēma lāzera staru novada uz apstrādājamās detaļas virsmu. Materiāls absorbē lāzera enerģiju, ātri uzsilst un piedzīvo lokālu iztvaikošanu vai kušanu. Apkārtējā zona, kas pilnībā neiztvaiko, siltuma vadīšanas rezultātā arī uzsilst, veidojot siltuma ietekmēto zonu (SIZ). Galvenās SIZ raksturistikas ietver:

Atkarība no fokusa lieluma: lielāki lāzera plankumi sadala siltumu plašākā teritorijā, rezultātā veidojot lielāku SIZ.

Materiāla termiskā vadāmība: metāli ar augstu termisko vadāmību ātri izkliedē siltumu, rezultātā veidojot lielāku SIZ, savukārt materiāli ar zemu termisko vadāmību koncentrē siltumu, rezultātā veidojot mazāku SIZ.

Impulsa enerģija un ilgums: augsta jauda, garš impulsi vai nepārtrauktas vilnis režīmi parasti palielina siltuma difūziju.

2. Faktori, kas ietekmē siltuma ietekmētās zonas izmēru

Lasera jauda
Augstāka jauda rada lielāku enerģijas absorbciju, straujāku virsmas temperatūras pieaugumu un plašāku siltuma difūziju, tādējādi paplašinot SIZ.

Impulsa platums un atkārtošanās biežums
Īsiimpulsu lāzeri koncentrē enerģiju, ierobežojot siltumu fokusēšanas punktā un minimizējot termiski ietekmēto zonu (HAZ). Garš impulss vai augsts atkārtošanās biežums var izraisīt siltuma uzkrāšanos, palielinot HAZ.

Pikseļa izmērs un fokusēšanas pozīcija
Mazi, precīzi sfokusēti pikseļi koncentrē siltumu, radot skaidrus marķējumus. Lieli pikseļi vai nepareiza fokusēšana izkliedē siltumu un paplašina HAZ.

Skeniņošanas ātrums
Lēna skenēšana liek lāzeram ilgāk uzturēties vienā un tajā pašā vietā, palielinot siltuma uzkrāšanos. Ātrāka skenēšana samazina vietējo temperatūras pieaugumu un sašaurina HAZ.

Materiālu īpašības
Materiāla siltumvadītspēja, absorbcijas līmenis un kušanas temperatūra tieši ietekmē siltuma izplatīšanos. Piemēram, alumīnijam un varam ir augsta siltumvadītspēja un liela HAZ, savukārt plastmasām un keramikai ir mazāka HAZ.

3. Metodes, kā kontrolēt termiski ietekmēto zonu

Optimizēt lāzera jaudu un impulsa parametrus
Regulējiet jaudu, impulsu platumu un atkārtošanās biežumu atbilstoši materiāla īpašībām, lai koncentrētu enerģiju fokusa punktā bez pārmērīgas izplatīšanās. Īsi impulsi ar augstu maksimālo jaudu efektīvi samazina termiski ietekmētās zonas (HAZ) izmēru.

Regulējiet fokusēšanas sistēmu
Izvēlieties atbilstošas fokusa attāluma lēcu un nodrošiniet, ka fokusa punkts precīzi atrodas uz materiāla virsmas, lai novērstu siltuma izkliedi. Maziem fokusa punktiem ir tendence samazināt HAZ.

Palieliniet skenēšanas ātrumu
Palieliniet galvanometra skeneru vai XY posmu kustības ātrumu, lai samazinātu lāzera uzturēšanās laiku un mazinātu lokālo siltuma uzkrāšanos.

Marķēšana pakāpeniski vai vairākos caurgājienos
Tumšiem vai bieziem materiāliem izmantojiet vairākus zemas enerģijas caurgājienus, lai pakāpeniski uzkrātu siltumu, neveidojot pārmērīgu HAZ.

Papildu dzesēšana
Lietojiet gaisa pūšanu vai ūdens dzesēšanu marķēšanas laikā, lai noņemtu virsmas siltumu un kontrolētu siltuma izplatīšanos.

Izvēlieties atbilstošu lāzera viļņa garumu
Materiāli absorbē dažādas viļņa garuma vērtības atšķirīgi. Piemērotas viļņa garuma izvēle uzlabo marķēšanas efektivitāti un samazina siltuma izkliedi, tādējādi kontrolējot termiski ietekmēto zonu.

Termiski ietekmētā zona ir neizbēgams fenomens lāzermarķēšanā. Tomēr, optimizējot lāzera jaudu, impulsu parametrus, fokusēšanas sistēmu, skenēšanas ātrumu un pielietojot dzesēšanas pasākumus, termiski ietekmētās zonas izmēru var efektīvi kontrolēt, nodrošinot augstu marķēšanas kvalitāti. Termiski ietekmētās zonas kontrole ne tikai uzlabo marķējuma skaidrību un precizitāti, bet arī samazina materiāla deformāciju un virsmas bojājumus, tādējādi būdama galvenā tehnoloģija augstas precizitātes lāzermarķēšanā.