Metode nadzora toplotno vplivačne cone za laserske označevalne stroje

Laserski označevalni stroj je naprava, ki uporablja laserski žarek visoke energijske gostote za ustvarjanje trajnih oznak na površini materialov. Med postopkom označevanja laser proizvaja toploto na površini materiala in okolišnjem območju ter tako oblikuje območje, vplivljeno s toploto (HAZ). To območje lahko povzroči spremembo barve, ožig ali lokalni napetosti, kar vpliva na kakovost označevanja. Članek analizira območje, vplivljeno s toploto, z vidika treh vidikov: mehanizma nastanka, vplivnih dejavnikov in metod nadzora.

1. Mehanično nastajanje območja, vplivljenega s toploto

Med laserskim označevanjem se laserski žarek usmeri na površino obdelovanca prek fokusirnega sistema. Material absorbira lasersko energijo, se hitro segreva in izsuši ali stopi lokalno. Okolica, ki se ni v celoti izparila, se segreva zaradi toplotne prevodnosti in tvori toplotno vplivno cono. Ključne značilnosti TVC-ja vključujejo:

Odvisnost od velikosti lisa: večji laserski lisovi razporedijo toploto na širšem območju, kar rezultira v večji TVC.

Toplotna prevodnost materiala: kovine z visoko toplotno prevodnostjo hitro razporedijo toploto, kar rezultira v večji TVC, medtem ko materiali z nizko toplotno prevodnostjo omejijo toploto, kar rezultira v manjši TVC.

Pulsna energija in trajanje: visoka moč, dolgi pulzi ali neprekinjeni način delovanja povečajo difuzijo toplote.

2. Dejavniki, ki vplivajo na velikost toplotno vplivne cone

Laserska moč
Višja moč povzroči večjo absorpcijo energije, hitrejši dvig temperature površine in širšo difuzijo toplote, s čimer poveča TVC.

Širina impulza in frekvenca ponavljanja
Kratki impulzni laserji koncentrirajo energijo, s čimer omejijo toploto na fokusno točko in zmanjšajo cono toplotnega vpliva. Dolgi impulzi ali visoka frekvenca ponavljanja lahko povzročijo kopičenje toplote in povečajo cono toplotnega vpliva.

Velikost lise in položaj fokusa
Male, natančno fokusirane lisice koncentrirajo toploto in ustvarjajo jasne oznake. Večje lisice ali nepravilna fokusacija razpršijo toploto ter povečajo cono toplotnega vpliva.

Skeniranje hitrosti
Počasno skeniranje povzroči, da laser dlje ostaja na istem območju, kar poveča kopičenje toplote. Hitrejše skeniranje zmanjša lokalni dvig temperature in zoži cono toplotnega vpliva.

Lastnosti materiala
Toplotna prevodnost, stopnja absorpcije in talilna temperatura materiala neposredno vplivata na širjenje toplote. Na primer imata aluminij in baker visoko toplotno prevodnost ter večjo cono toplotnega vpliva, medtem ko imajo plastične mase in keramika manjšo cono toplotnega vpliva.

3. Metode za nadzor cone toplotnega vpliva

Optimizacija moči laserja in parametrov impulza
Prilagodite moč, širino impulza in frekvenco ponavljanja glede na lastnosti materiala, da se energija koncentrira v žarišču brez prekomernega širjenja. Krajši impulzi z visoko vrhnjo močjo učinkovito zmanjšajo cono toplotnega vpliva (HAZ).

Prilagodite sistem fokusiranja
Izberite ustrezen objektiv z ustreznim goriščnim razdaljami in zagotovite natančno postavitev žarišča na površini materiala, da preprečite razprševanje toplote. Manjše velikosti lise zmanjšujejo cono toplotnega vpliva (HAZ).

Povečajte hitrost skeniranja
Povečajte hitrost galvanometričnih skenerjev ali XY stopenj, da zmanjšate čas zadrževanja laserja in s tem lokalno kopičenje toplote.

Označevanje v korakih ali večkratnih prehodih
Pri temnih ali debelih materialih uporabite več prehodov z nizko energijo, da postopoma kopičite toploto, ne da bi ustvarili preveliko cono toplotnega vpliva (HAZ).

Dodatno hlajenje
Med označevanjem uporabite pihanje zraka ali vodno hlajenje za odstranitev toplote s površine in nadzor širjenja toplote.

Izberite ustrezen laserski valovni dolžini
Materiali različno absorbirajo različne valovne dolžine. Izbira primernega valovanja izboljša učinkovitost označevanja in zmanjša toplotno difuzijo, s čimer se nadzoruje območje toplotnega vpliva (HAZ).

Območje toplotnega vpliva je neizogiben pojav pri laserskem označevanju. Z optimizacijo moči laserja, parametrov impulza, fokusnega sistema, hitrosti skeniranja ter uporabo hladilnih ukrepov pa je mogoče velikost HAZ-ja učinkovito nadzorovati, kar zagotavlja kakovost označevanja. Nadzorovanje HAZ-ja ne izboljša le jasnosti in natančnosti označevanja, temveč tudi zmanjša deformacijo materiala in poškodbe površine, zaradi česar predstavlja ključno tehnologijo za visokonatančno lasersko označevanje.