Trong các kịch bản gia công chính xác cao của máy khắc laser mức picosecond, đế máy, là bộ phận hỗ trợ cốt lõi của thiết bị, việc lựa chọn vật liệu của nó quyết định trực tiếp đến độ ổn định của độ chính xác gia công. Đá granit và gang là hai vật liệu phổ biến được sử dụng để chế tạo đế máy. Bài viết này sẽ tiến hành so sánh từ các khía cạnh như tính chất vật lý, nguyên lý suy giảm chính xác và dữ liệu ứng dụng thực tế, cung cấp cơ sở khoa học cho việc nâng cấp thiết bị.
I. Sự khác biệt về tính chất vật liệu: Logic cơ bản của hiệu suất chính xác
Đá granit là một loại đá magma tự nhiên, được hình thành do sự kết tinh chặt chẽ của các khoáng chất như thạch anh và fenspat bên trong. Nó có đặc điểm là cấu trúc đặc và độ cứng cao. Mật độ của nó thường nằm trong khoảng từ 2,7 đến 3,1 g/cm³, và hệ số giãn nở nhiệt cực thấp, xấp xỉ (4-8) ×10⁻⁶/℃, có thể chống lại hiệu quả ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đến độ chính xác của thiết bị. Ngoài ra, cấu trúc vi mô độc đáo của đá granit mang lại cho nó khả năng giảm chấn tuyệt vời, cho phép nó nhanh chóng hấp thụ năng lượng rung động bên ngoài và giảm sự ảnh hưởng của rung động đến độ chính xác gia công.
Gang thép, một vật liệu công nghiệp truyền thống, có mật độ khoảng 7,86 g/cm³, độ bền nén tương đối cao, nhưng dễ bị nóng chảy.
Hệ số giãn nở nhiệt (xấp xỉ 12×10⁻⁶/℃) gấp 1,5-3 lần so với đá granit. Hơn nữa, bên trong gang còn có cấu trúc graphit dạng vảy. Trong quá trình sử dụng lâu dài, những cấu trúc này có thể dẫn đến sự tập trung ứng suất, ảnh hưởng đến độ ổn định của vật liệu và dẫn đến giảm độ chính xác.
II. Cơ chế suy giảm chính xác trong gia công ở mức picosecond
Gia công bằng laser ở mức picosecond đòi hỏi độ ổn định môi trường cực kỳ cao. Bất kỳ biến dạng nhỏ nào của vật liệu nền cũng sẽ được phóng đại vào kết quả gia công. Biến động nhiệt độ, rung động do vận hành thiết bị, sự mỏi dưới tải trọng lâu dài, v.v., đều là những yếu tố chính dẫn đến sự suy giảm độ chính xác.
Khi nhiệt độ thay đổi, kích thước của đá granit thay đổi nhẹ do hệ số giãn nở nhiệt thấp. Hệ số giãn nở nhiệt tương đối lớn của gang sẽ khiến đế bị biến dạng khó phát hiện bằng mắt thường. Sự biến dạng này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của đường truyền quang học laser và làm dịch chuyển vị trí đánh dấu. Về độ rung, đặc tính giảm chấn cao của đá granit có thể làm giảm rung động 100Hz trong vòng 0,12 giây, trong khi gang cần 0,9 giây. Trong điều kiện rung động tần số cao, độ chính xác gia công của thiết bị có đế bằng gang dễ bị dao động hơn.
III. So sánh dữ liệu suy giảm chính xác
Theo kết quả kiểm tra của các tổ chức chuyên nghiệp, trong quá trình khắc laser xung picosecond liên tục 8 giờ, độ suy giảm độ chính xác định vị trục XY của thiết bị có đế đá granit nằm trong khoảng ±0,5μm. Độ suy giảm độ chính xác của thiết bị có đế gang đạt ±3μm, có sự khác biệt đáng kể. Trong môi trường mô phỏng với sự thay đổi nhiệt độ 5℃, sai số biến dạng nhiệt của thiết bị có đế đá granit chỉ là +0,8μm, trong khi đó của thiết bị có đế gang lên tới +12μm.
Hơn nữa, xét về khía cạnh sử dụng lâu dài, tỷ lệ sai sót của đế đá granit chỉ là 0,03%, trong khi tỷ lệ sai sót của đế gang cao tới 0,5% do các vấn đề về độ ổn định cấu trúc. Những dữ liệu này chứng minh đầy đủ rằng, dưới yêu cầu độ chính xác cao của quá trình gia công ở cấp độ picogiây, ưu điểm về độ ổn định của đế đá granit là rất đáng kể.
IV. Các đề xuất nâng cấp và ứng dụng thực tiễn
Đối với các doanh nghiệp theo đuổi độ chính xác gia công tối ưu, việc nâng cấp đế gang lên đế đá granit là một cách hiệu quả để nâng cao hiệu suất của thiết bị. Trong quá trình nâng cấp, cần chú ý đến độ chính xác gia công của đế đá granit để đảm bảo độ phẳng bề mặt đáp ứng yêu cầu thiết kế. Đồng thời, kết hợp với các thiết bị phụ trợ như hệ thống cách ly rung động bằng khí nén, hiệu suất chống rung của thiết bị có thể được tối ưu hóa hơn nữa.
Hiện nay, trong các ngành công nghiệp như sản xuất chip bán dẫn và gia công linh kiện quang học chính xác, máy khắc laser đế đá granit đã được sử dụng rộng rãi, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và năng suất. Ví dụ, sau khi một nhà sản xuất linh kiện quang học nâng cấp thiết bị đế gang, tỷ lệ đạt tiêu chuẩn độ chính xác sản phẩm đã tăng từ 82% lên 97%, và hiệu quả sản xuất được cải thiện đáng kể.
Tóm lại, trong việc nâng cấp nền tảng cho máy khắc laser mức picosecond, đá granit, với độ ổn định nhiệt vượt trội, hiệu suất giảm chấn cao và khả năng duy trì độ chính xác lâu dài, đã trở thành lựa chọn lý tưởng hơn so với gang. Các doanh nghiệp có thể lựa chọn vật liệu nền phù hợp dựa trên yêu cầu gia công và ngân sách của mình để đạt được sự nâng cấp toàn diện hiệu suất thiết bị.
Thời gian đăng bài: 19 tháng 5 năm 2025