Trong ứng dụng khuôn mẫu, biển báo, phụ kiện kim khí, biển quảng cáo, biển số xe ô tô và các sản phẩm khác, các quy trình ăn mòn truyền thống không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn làm giảm hiệu quả. 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 suất đã được cải thiện, nhưng độ chính xác vẫn chưa cao và không thể khắc được các góc nhọn. So với các phương pháp khắc kim loại sâu truyền thống, khắc kim loại sâu bằng laser có ưu điểm là không gây ô nhiễm, độ chính xác cao và nội dung khắc linh hoạt, có thể đáp ứng các yêu cầu của quy trình khắc phức tạp.
Các vật liệu phổ biến để chạm khắc kim loại sâu bao gồm thép cacbon, thép không gỉ, nhôm, đồng, kim loại quý, v.v. Các kỹ sư tiến hành nghiên cứu thông số chạm khắc sâu hiệu suất 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 kèm thấu kính (F = 163/210) thực hiện thử nghiệm khắc sâu. Kích thước khắc là 10 mm x 10 mm. Thiết lập các thông số ban đầu của quá trình khắc như trong Bảng 1. Thay đổi các thông số quy trình như độ lệch tiêu điểm, độ rộng xung, tốc độ, khoảng thời gian nạp, v.v., sử dụng máy thử khắc sâu để đo độ sâu và tìm ra các thông số quy trình có hiệu quả khắc tốt nhất.
Bảng 1 Các thông số ban đầu của khắc sâu
Thông qua bảng tham số quy trình, chúng ta có thể thấy có rất nhiều tham số ảnh hưởng đến hiệu ứng khắc sâu cuối cùng. Chúng tôi sử dụng phương pháp biến điều khiển để tìm ra ảnh hưởng của từng tham số quy trình đến hiệu ứng, và bây giờ chúng tôi sẽ công bố từng tham số một.
01 Ảnh hưởng của việc mất nét đến độ sâu của hình khắc
Đầu tiên, sử dụng Nguồn Laser Sợi Raycus, Công suất: 100W, Model: RFL-100M để khắc các thông số ban đầu. Thực hiện thử nghiệm khắc trên các bề mặt kim loại khác nhau. Lặp lại quá trình khắc 100 lần trong 305 giây. Thay đổi độ lệch tiêu điểm và kiểm tra ảnh hưởng của độ lệch tiêu điểm đến hiệu ứng khắc trên các vật liệu khác nhau.
Hình 1 So sánh hiệu ứng mất nét trên độ sâu của vật liệu chạm khắc
Như thể hiện trong Hình 1, chúng ta có thể nhận được kết quả sau về độ sâu tối đa tương ứng với các mức độ lệch tâm 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 khắc sâu trên bề mặt kim loại cần một độ lệch tâm nhất định để đạt được hiệu ứng khắc tốt nhất. Độ lệch tâm khi khắc nhôm và đồng thau là -3 mm, và độ lệch tâm khi 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, chúng tôi đã thu được lượng lệch tiêu điểm tối ưu của RFL-100M khi khắc sâu trên các vật liệu khác nhau. Sử dụng lượng lệch tiêu điểm tối ưu, thay đổi độ rộng xung và tần số tương ứng trong các thông số ban đầu, các thông số khác được giữ nguyên.
Điều này chủ yếu là do mỗi độ rộng xung của laser RFL-100M đều có một 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 đỉnh sẽ giảm. Thử nghiệm khắc cần sử dụng độ rộng xung lớn nhất và công suất tối đa để thử nghiệm, do đó tần số thử nghiệm là tần số cơ bản, và dữ liệu thử nghiệm liên quan sẽ được mô tả chi tiết trong thử nghiệm tiếp theo.
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 thử nghiệm khắc thông qua xung và tần số trên, kết quả thử nghiệm được hiển thị trong Hình 2
Hình 2 So sánh tác động của độ rộng xung lên độ sâu khắc
Có thể thấy từ biểu đồ rằng khi khắc RFL-100M, khi độ rộng xung giảm, độ sâu khắc cũng giảm theo. Độ sâu khắc của mỗi vật liệu lớn nhất là 240 ns. Điều này chủ yếu là do năng lượng xung đơn giảm do độ rộng xung giảm, từ đó làm giảm hư hại bề mặt vật liệu kim loại, dẫn đến độ sâu khắc ngày càng nhỏ.
03 Ảnh hưởng của tần số đến độ sâu khắc
Thông qua các thí nghiệm trên, chúng tôi đã thu được lượng lệch tiêu cự và độ rộng xung tốt nhất của RFL-100M khi khắc trên các vật liệu khác nhau. Giữ nguyên lượng lệch tiêu cự và độ rộng xung tốt nhất, 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 độ sâu của vật liệu
Có thể thấy từ biểu đồ rằng khi laser RFL-100M khắc nhiều loại vật liệu khác nhau, khi tần số tăng, độ sâu khắc của từng vật liệu 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, đồng thau là 0,95 mm, thép không gỉ là 0,55 mm và thép cacbon là 0,36 mm. Trong số đó, nhôm là vật liệu 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. Đồng thau, thép không gỉ và thép cacbon ít bị ảnh hưởng bởi tần số hơn, nhưng chúng cũng cho thấy xu hướng giảm độ sâu khắc khi tần số 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, khi tốc độ khắc tăng, độ sâu khắc giảm tương ứng. Khi tốc độ khắc là 500 mm/giây, độ sâu khắc của từng vật liệu là lớn nhất. Độ sâu khắc của nhôm, đồng, thép không gỉ và thép cacbon lần lượt là: 3,4 mm, 3,24 mm, 1,69 mm, 1,31 mm.
05 Ảnh hưởng của khoảng cách điền vào độ sâu khắc
Hình 5 Ảnh hưởng của mật độ điền đầy đến hiệu quả khắc
Có thể thấy từ biểu đồ, khi mật độ điền đầy là 0,01 mm, độ sâu khắc trên nhôm, đồng thau, thép không gỉ và thép cacbon đều đạt cực đại, và độ sâu khắc giảm dần khi khoảng cách điền đầy tăng lên; khoảng cách điền đầy tăng từ 0,01 mm. Trong quá trình điền đầy 0,1 mm, thời gian cần thiết để hoàn thành 100 lần khắc giảm dần. Khi khoảng cách điền đầy lớn hơn 0,04 mm, phạm vi thời gian rút ngắn giảm đáng kể.
Kết luận
Thông qua các thử nghiệm trên, chúng ta có thể có được các thông số quy trình được đề xuất để khắc sâu các vật liệu kim loại khác nhau bằng RFL-100M:
Thời gian đăng: 11-07-2022