Metode kontrole zone uticaja toplote za mašine za lasersko označavanje

Машинa за ласерско означавање је уређај који користи ласерски сноп високе густине енергије да би направио трајне ознаке на површини материјала. Током процеса означавања, ласер генерише топлоту на површини материјала и његовој околини, стварајући зону термичког утицаја (ЗТУ). ЗТУ може изазвати промену боје, спаљивање или локални напон, што утиче на квалитет означавања. У овом чланку анализира се ЗТУ са три аспекта: механизам формирања, утицајни фактори и методе контроле.

1. Механизам формирања зоне термичког утицаја

Током ласерског означавања, ласерски зрак се фокусира на површину предмета помоћу система за фокусирање. Материјал апсорбује ласерску енергију, брзо се загрева и доживљава локалну сублимацију или топљење. Околина која се не потпуно сублимира доживљава пораст температуре услед провођења топлоте, стварајући зону утицаја топлоте. Кључне карактеристике ЗУТ укључују:

Зависност од величине тачке: веће ласерске тачке распоређују топлоту на ширем подручју, што резултира већом ЗУТ.

Топлотна проводљивост материјала: метали са високом топлотном проводљивошћу брзо распршавају топлоту, што резултира већом ЗУТ, док материјали са ниском топлотном проводљивошћу задржавају топлоту, што резултира мањом ЗУТ.

Енергија и трајање импулса: импулси великог интензитета, дуги импулси или континуирана радна режима имају тенденцију да повећају дифузију топлоте.

2. Фактори који утичу на величину зоне утицаја топлоте

Снага ласера
Већи интензитет резултира већом апсорпцијом енергије, бржим порастом температуре површине и широм дифузијом топлоте, чиме се повећава ЗУТ.

Širina impulsa i učestanost ponavljanja
Laseri sa kratkim impulsima koncentrišu energiju, ograničavajući toplotu na žižnu tačku i smanjujući zonu termičkog uticaja. Dugi impulsi ili visoka učestanost ponavljanja mogu dovesti do akumulacije toplote, povećavajući zonu termičkog uticaja.

Veličina fokalne tačke i položaj fokusiranja
Male, precizno usmerene tačke koncentrišu toplotu, stvarajući jasne oznake. Veće tačke ili loše poravnanje fokusa rasipaju toplotu i povećavaju zonu termičkog uticaja.

Brzina skeniranja
Sporo skeniranje uzrokuje duže zadržavanje lasera na istom području, povećavajući akumulaciju toplote. Brže skeniranje smanjuje lokalni porast temperature i skuplja zonu termičkog uticaja.

Својства материјала
Toplotna provodljivost, koeficijent apsorpcije i tačka topljenja materijala direktno utiču na širenje toplote. Na primer, aluminijum i bakar imaju visoku toplotnu provodljivost i veliku zonu termičkog uticaja, dok plastika i keramika imaju manju zonu termičkog uticaja.

3. Metode za kontrolu zone termičkog uticaja

Optimizacija snage lasera i parametara impulsa
Подесите снагу, ширину импулса и учесталост понављања у складу са својствима материјала како бисте концентрисали енергију у фокусној тачки без превелике дифузије. Кратки импулси са високом вршном снагом ефикасно смањују зону топлотног утицаја (HAZ).

Подесите систем фокусирања
Изаберите сочива одговарајуће жижне даљине и осигурајте да се фокусна тачка прецизно налази на површини материјала како бисте спречили распршивање топлоте. Мање величине тачака смањују HAZ.

Повећајте брзину скенирања
Повећајте брзину галванометарских скенера или XY позиција како бисте смањили време задржавања ласера, минимизирајући локално накупљање топлоте.

Означавање корацима или више пута
За тамне или дебеле материјале користите више пролаза са ниском енергијом како бисте постепено накупљали топлоту без стварања превелике HAZ.

Помоћно хлађење
Користите довод ваздуха или водено хлађење током означавања како бисте уклонили топлоту са површине и контролисали ширење топлоте.

Изаберите одговарајућу таласну дужину ласера
Материјали апсорбују различите таласне дужине на различите начине. Избор одговарајуће таласне дужине побољшава ефикасност означавања и смањује дифузију топлоте, чиме се контролише зона под утицајем топлоте (HAZ).

Зона под утицајем топлоте је неизбежан феномен код ласерског означавања. Међутим, оптимизацијом ласерске снаге, параметара импулса, система фокусирања, брзине скенирања и применом мера хлађења, могуће је ефикасно контролисати величину HAZ-а, чиме се осигурава квалитет означавања. Контрола HAZ-а не само побољшава јасноћу и прецизност означавања, већ такође смањује деформацију материјала и површинска оштећења, што га чини кључном технологијом за високо прецизно ласерско означавање.