Методи контролю зони термічного впливу для лазерних маркувальних машин

Лазерна маркувальна машина — це пристрій, який використовує лазерний промінь високої густини енергії для нанесення постійних позначок на поверхню матеріалів. Під час процесу маркування лазер генерує тепло на поверхні матеріалу та прилеглих ділянках, утворюючи зону термічного впливу (ЗТВ). Ця зона може спричиняти зміну кольору, обвуглення або локальні напруження, що впливає на якість маркування. У цій статті аналізується ЗТВ з трьох аспектів: механізм утворення, чинники впливу та методи контролю.

1. Механізм утворення зони термічного впливу

Під час лазерного маркування промінь лазера фокусується на поверхні виробу за допомогою фокусувальної системи. Матеріал поглинає лазерну енергію, швидко нагрівається та піддається локальному випаровуванню або плавленню. Навколишня зона, яка не встигає повністю випаруватися, нагрівається внаслідок теплопровідності, утворюючи зону термічного впливу. Основні характеристики ЗТВ включають:

Залежність від розміру плями: більші лазерні плями розподіляють тепло на більшій площі, що призводить до збільшення ЗТВ.

Теплопровідність матеріалу: метали з високою теплопровідністю швидко розсіюють тепло, що призводить до більшої ЗТВ, тоді як матеріали з низькою теплопровідністю утримують тепло, утворюючи меншу ЗТВ.

Енергія і тривалість імпульсу: висока потужність, довгі імпульси або неперервний режим сприяють збільшенню теплопровідності.

2. Фактори, що впливають на розмір зони термічного впливу

Потужність лазера
Більша потужність призводить до більшого поглинання енергії, швидкого підвищення температури поверхні та ширшого розтікання тепла, збільшуючи ЗТВ.

Ширина імпульсу та частота повторення
Лазери коротких імпульсів концентрують енергію, обмежуючи тепловиділення в фокальній точці та мінімізуючи зону термічного впливу (ЗТВ). Довгі імпульси або висока частота повторення можуть накопичувати тепло, збільшуючи ЗТВ.

Розмір плями та положення фокусу
Малі, точно сфокусовані плями концентрують тепло, забезпечуючи чіткі позначки. Великі плями або розфокусування розсіюють тепло та збільшують ЗТВ.

Швидкість сканування
Повільне сканування призводить до того, що лазер довше затримується в одній ділянці, збільшуючи накопичення тепла. Швидке сканування зменшує локальне підвищення температури та скорочує ЗТВ.

Властивості матеріалу
Теплопровідність, коефіцієнт поглинання та температура плавлення матеріалу безпосередньо впливають на розповсюдження тепла. Наприклад, алюміній і мідь мають високу теплопровідність і велику ЗТВ, тоді як пластики та кераміка мають меншу ЗТВ.

3. Методи контролю зони термічного впливу

Оптимізуйте потужність лазера та параметри імпульсу
Налаштуйте потужність, ширину імпульсу та частоту повторення відповідно до властивостей матеріалу, щоб зосередити енергію у фокальній точці без надмірного розсіювання. Короткі імпульси з високою піковою потужністю ефективно зменшують зону теплового впливу (HAZ).

Налаштуйте фокусувальну систему
Виберіть лінзу з відповідною фокусною відстанню та переконайтеся, що фокальна точка точно знаходиться на поверхні матеріалу, щоб запобігти розсіюванню тепла. Менші розміри плями зменшують зону теплового впливу (HAZ).

Збільште швидкість сканування
Збільште швидкість гальванометричних сканерів або XY-стілів, щоб скоротити час перебування лазера, мінімізуючи накопичення тепла в окремих ділянках.

Маркування поступово або з декількома проходами
Для темних або товстих матеріалів використовуйте кілька проходів із низькою енергією, щоб поступово накопичувати тепло без створення надмірної зони теплового впливу (HAZ).

Додаткове охолодження
Використовуйте обдування повітрям або водяне охолодження під час маркування, щоб видалити поверхневе тепло та контролювати розповсюдження тепла.

Виберіть відповідну довжину хвилі лазера
Матеріали по-різному поглинають різні довжини хвиль. Вибір відповідної довжини хвилі підвищує ефективність маркування та зменшує теплове розсіювання, таким чином контролюючи ЗТВ.

Зона термічного впливу є неперевним явищем при лазерному маркуванні. Однак шляхом оптимізації потужності лазера, параметрів імпульсу, фокусувальної системи, швидкості сканування та застосування охолоджувальних заходів можна ефективно контролювати розмір ЗТВ, забезпечуючи якість маркування. Контроль ЗТВ не лише підвищує чіткість і точність маркування, але й зменшує деформацію матеріалу та пошкодження поверхні, що робить його ключовою технологією для високоточного лазерного маркування.