Trong ứng dụng Khuôn mẫu, Biển hiệu, Phụ kiện phần cứng, Biển quảng cáo, biển số ô tô và các sản phẩm khác, quy trình ăn mòn truyền thống sẽ không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn mang lại hiệu quả thấp. Các ứng dụng quy trình truyền thống như gia công, phế liệu kim loại và chất làm mát cũng có thể gây ô nhiễm môi trường. Mặc dù hiệu quả đã được cải thiện nhưng độ chính xác không cao và không thể khắc được các góc nhọn. So với các phương pháp khắc sâu kim loại truyền thống, khắc sâu kim loại bằng laser có ưu điểm là nội dung khắc không gây ô nhiễm, độ chính xác cao và linh hoạt, có thể đáp ứng yêu cầu của quy trình khắc phức tạp.
Các vật liệu phổ biến để khắc sâu kim loại bao gồm thép cacbon, thép không gỉ, nhôm, đồng, kim loại quý, v.v. Các kỹ sư tiến hành nghiên cứu thông số khắc sâu hiệu quả cao cho các vật liệu kim loại khác nhau.
Phân tích trường hợp thực tế:
Thiết bị nền tảng thử nghiệm Carmanhaas 3D Galvo Head with Lens（F=163/210)thực hiện thử nghiệm khắc sâu. Kích thước khắc là 10 mm × 10 mm. Đặt các tham số ban đầu của quá trình khắc, như trong Bảng 1. Thay đổi các tham số quy trình như mức độ mất nét, độ rộng xung, tốc độ, khoảng thời gian lấp đầy, v.v., sử dụng máy kiểm tra khắc sâu để đo độ sâu và tìm các tham số quy trình với hiệu ứng khắc tốt nhất.
Bảng 1 Các thông số ban đầu của khắc sâu
Qua bảng thông số quy trình, chúng ta có thể thấy có nhiều thông số ảnh hưởng đến hiệu ứng khắc sâu cuối cùng. Chúng tôi sử dụng phương pháp biến điều khiển để tìm ra quá trình ảnh hưởng của từng tham số quá trình đến hiệu ứng và bây giờ chúng tôi sẽ công bố từng cái một.
01 Hiệu ứng làm mờ nét trên độ sâu khắc
Đầu tiên sử dụng Nguồn Laser Raycus Fiber, Công suất:100W, Model: RFL-100M để khắc các thông số ban đầu. Thực hiện kiểm tra khắc trên các bề mặt kim loại khác nhau. Lặp lại việc khắc 100 lần trong 305 giây. Thay đổi độ mờ tiêu điểm và kiểm tra ảnh hưởng của độ mờ lên hiệu ứng khắc của các vật liệu khác nhau.
Hình 1 So sánh ảnh hưởng của hiện tượng mất nét đến độ sâu của vật liệu chạm khắc
Như được hiển thị trong Hình 1, chúng ta có thể nhận được thông tin sau về độ sâu tối đa tương ứng với mức độ làm mờ khác nhau khi sử dụng RFL-100M để khắc sâu trên các vật liệu kim loại khác nhau. Từ dữ liệu trên, có thể kết luận rằng việc khắc sâu trên bề mặt kim loại cần có độ lệch tiêu điểm nhất định để có được hiệu ứng khắc tốt nhất. Độ lệch tiêu cự để khắc nhôm và đồng thau là -3 mm, và độ lệch tiêu điểm để khắc thép không gỉ và thép cacbon là -2 mm.
02 Ảnh hưởng của độ rộng xung đến độ sâu khắc
Thông qua các thí nghiệm trên, người ta đã thu được mức độ mất nét tối ưu của RFL-100M khi khắc sâu bằng các vật liệu khác nhau. Sử dụng mức độ mờ tối ưu, thay đổi độ rộng xung và tần số tương ứng trong các thông số ban đầu và các thông số khác không thay đổi.
Điều này chủ yếu là do mỗi độ rộng xung của laser RFL-100M có tần số cơ bản tương ứng. Khi tần số thấp hơn tần số cơ bản tương ứng, công suất đầu ra thấp hơn công suất trung bình và khi tần số cao hơn tần số cơ bản tương ứng, công suất cực đại sẽ giảm. Kiểm tra khắc cần sử dụng độ rộng xung lớn nhất và công suất tối đa để kiểm tra, vì vậy tần số kiểm tra là tần số cơ bản và dữ liệu kiểm tra liên quan sẽ được mô tả chi tiết trong thử nghiệm sau.
Tần số cơ bản tương ứng với mỗi độ rộng xung là: 240 ns,10 kHz,160 ns,105 kHz,130 ns,119 kHz,100 ns,144 kHz,58 ns,179 kHz,40 ns,245 kHz,20 ns,490 kHz,10 ns,999 kHz.Thực hiện kiểm tra khắc thông qua xung và tần số trên, kết quả kiểm tra được thể hiện trong Hình 2
Hình 2 So sánh ảnh hưởng của độ rộng xung đến độ sâu khắc
Có thể thấy từ biểu đồ rằng khi RFL-100M được khắc, khi độ rộng xung giảm thì độ sâu khắc cũng giảm theo. Độ sâu khắc của từng vật liệu là lớn nhất ở mức 240 ns. Điều này chủ yếu là do năng lượng xung đơn giảm do độ rộng xung giảm, từ đó làm giảm thiệt hại trên bề mặt vật liệu kim loại, dẫn đến độ sâu khắc ngày càng nhỏ hơn.
03 Ảnh hưởng của tần số đến độ sâu khắc
Thông qua các thử nghiệm trên, chúng tôi đã thu được mức độ mất nét và độ rộng xung tốt nhất của RFL-100M khi khắc bằng các vật liệu khác nhau. Sử dụng mức độ làm mờ và độ rộng xung tốt nhất để không thay đổi, thay đổi tần số và kiểm tra ảnh hưởng của các tần số khác nhau đến độ sâu khắc. Kết quả thử nghiệm Như thể hiện trong Hình 3.
Hình 3 So sánh ảnh hưởng của tần số đến vật liệu khắc sâu
Có thể thấy từ biểu đồ rằng khi tia laser RFL-100M khắc các vật liệu khác nhau, khi tần số tăng lên, độ sâu khắc của từng vật liệu sẽ giảm tương ứng. Khi tần số là 100 kHz, độ sâu khắc là lớn nhất và độ sâu khắc tối đa của nhôm nguyên chất là 2,43. mm, 0,95 mm đối với đồng thau, 0,55 mm đối với thép không gỉ và 0,36 mm đối với thép carbon. Trong số đó, nhôm nhạy cảm nhất với sự thay đổi tần số. Khi tần số là 600 kHz, không thể thực hiện khắc sâu trên bề mặt nhôm. Trong khi đồng thau, thép không gỉ và thép carbon ít bị ảnh hưởng bởi tần số hơn, chúng cũng cho thấy xu hướng giảm độ sâu khắc khi tần số ngày càng tăng.
04 Ảnh hưởng của tốc độ đến độ sâu khắc
Hình 4 So sánh ảnh hưởng của tốc độ khắc đến độ sâu khắc
Có thể thấy từ biểu đồ rằng khi tốc độ khắc tăng thì độ sâu khắc sẽ giảm theo. Khi tốc độ khắc là 500 mm/s, độ sâu khắc của từng vật liệu là lớn nhất. Độ sâu khắc của nhôm, đồng, thép không gỉ và thép carbon lần lượt là: 3,4 mm, 3,24 mm, 1,69 mm, 1,31 mm.
05 Ảnh hưởng của khoảng cách lấp đầy đến độ sâu khắc
Hình 5 Ảnh hưởng của mật độ lấp đầy đến hiệu quả khắc
Từ biểu đồ có thể thấy rằng khi mật độ lấp đầy là 0,01 mm, độ sâu khắc của nhôm, đồng thau, thép không gỉ và thép cacbon đều ở mức tối đa và độ sâu khắc giảm khi khoảng cách lấp đầy tăng lên; khoảng cách điền tăng từ 0,01 mm. Trong quá trình 0,1 mm, thời gian cần thiết để hoàn thành 100 bản khắc được rút ngắn dần. Khi khoảng cách lấp đầy lớn hơn 0,04 mm, phạm vi thời gian rút ngắn sẽ giảm đáng kể.
Tóm lại
Thông qua các thử nghiệm trên, chúng tôi có thể nhận được các thông số quy trình được đề xuất để khắc sâu trên các vật liệu kim loại khác nhau bằng RFL-100M:
Thời gian đăng: 11-07-2022