Dans les applications de moules, d'enseignes, d'accessoires de quincaillerie, de panneaux d'affichage, de plaques d'immatriculation automobiles et autres produits, les procédés de corrosion traditionnels sont non seulement polluants, mais aussi peu efficaces. Les applications traditionnelles telles que l'usinage, la ferraille et les liquides de refroidissement peuvent également être polluantes. Malgré une efficacité accrue, la précision est insuffisante et les angles vifs ne peuvent pas être gravés. Comparée aux méthodes traditionnelles de gravure profonde sur métal, la gravure profonde sur métal au laser présente les avantages d'une absence de pollution, d'une grande précision et d'une grande flexibilité, ce qui permet de répondre aux exigences des procédés de gravure complexes.
Les matériaux courants pour la sculpture profonde des métaux comprennent l'acier au carbone, l'acier inoxydable, l'aluminium, le cuivre, les métaux précieux, etc. Les ingénieurs effectuent des recherches sur les paramètres de sculpture profonde à haute efficacité pour différents matériaux métalliques.
Analyse de cas réel :
La plateforme d'essai, la tête galvanique 3D Carmanhaas avec lentille (F = 163/210), permet d'effectuer un test de gravure profonde. La taille de gravure est de 10 mm × 10 mm. Définissez les paramètres initiaux de gravure comme indiqué dans le tableau 1. Modifiez les paramètres de processus tels que le degré de défocalisation, la largeur d'impulsion, la vitesse, l'intervalle de remplissage, etc. Utilisez le testeur de gravure profonde pour mesurer la profondeur et trouver les paramètres de processus offrant le meilleur effet de gravure.
Tableau 1 Paramètres initiaux de la sculpture profonde
Le tableau des paramètres de processus montre que de nombreux paramètres influencent l'effet final de la gravure profonde. Nous utilisons la méthode des variables de contrôle pour déterminer l'effet de chaque paramètre sur le processus, et nous allons maintenant les présenter un par un.
01 L'effet de la défocalisation sur la profondeur de sculpture
Utilisez d'abord la source laser à fibre Raycus (puissance : 100 W, modèle : RFL-100M) pour graver les paramètres initiaux. Effectuez un test de gravure sur différentes surfaces métalliques. Répétez la gravure 100 fois pendant 305 s. Modifiez la défocalisation et testez son effet sur la gravure de différents matériaux.
Figure 1 Comparaison de l'effet de la défocalisation sur la profondeur de la sculpture du matériau
Comme le montre la figure 1, nous pouvons obtenir les valeurs de profondeur maximale correspondant à différentes défocalisations lors de la gravure profonde de différents matériaux métalliques à l'aide du RFL-100M. Ces données suggèrent que la gravure profonde sur une surface métallique nécessite une certaine défocalisation pour obtenir un effet de gravure optimal. La défocalisation est de -3 mm pour la gravure de l'aluminium et du laiton, et de -2 mm pour la gravure de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone.
02 L'effet de la largeur d'impulsion sur la profondeur de gravure
Grâce aux expériences ci-dessus, la défocalisation optimale du RFL-100M a été obtenue pour la gravure profonde de différents matériaux. En utilisant la défocalisation optimale, modifiez la largeur d'impulsion et la fréquence correspondante dans les paramètres initiaux, sans modifier les autres paramètres.
Cela est principalement dû au fait que chaque largeur d'impulsion du laser RFL-100M possède une fréquence fondamentale correspondante. Lorsque cette fréquence est inférieure à la fréquence fondamentale correspondante, la puissance de sortie est inférieure à la puissance moyenne ; lorsqu'elle est supérieure à cette fréquence, la puissance de crête diminue. Le test de gravure nécessite d'utiliser la largeur d'impulsion la plus élevée et la capacité maximale. La fréquence de test est donc la fréquence fondamentale. Les données de test correspondantes seront décrites en détail dans le test suivant.
La fréquence fondamentale correspondant à chaque largeur d'impulsion est : 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. Effectuez le test de gravure via l'impulsion et la fréquence ci-dessus, le résultat du test est présenté dans la figure 2.
Figure 2 Comparaison de l'effet de la largeur d'impulsion sur la profondeur de gravure
Le graphique montre que lorsque le RFL-100M grave, la profondeur de gravure diminue proportionnellement à la largeur d'impulsion. La profondeur de gravure maximale pour chaque matériau est de 240 ns. Cela est principalement dû à la diminution de l'énergie d'impulsion individuelle due à la réduction de la largeur d'impulsion, ce qui limite les dommages à la surface du métal et réduit la profondeur de gravure.
03 Influence de la fréquence sur la profondeur de gravure
Les expériences ci-dessus ont permis d'obtenir la meilleure défocalisation et la meilleure largeur d'impulsion du RFL-100M lors de la gravure de différents matériaux. Maintenir la défocalisation et la largeur d'impulsion optimales, modifier la fréquence et tester l'effet de différentes fréquences sur la profondeur de gravure. Les résultats du test sont présentés à la figure 3.
Figure 3 Comparaison de l'influence de la fréquence sur la sculpture profonde du matériau
Le graphique montre que lorsque le laser RFL-100M grave différents matériaux, la profondeur de gravure diminue proportionnellement à l'augmentation de la fréquence. À 100 kHz, la profondeur de gravure est maximale : l'aluminium pur atteint 2,43 mm, le laiton 0,95 mm, l'acier inoxydable 0,55 mm et l'acier au carbone 0,36 mm. Parmi ces matériaux, l'aluminium est le plus sensible aux variations de fréquence. À 600 kHz, la gravure profonde est impossible. Bien que le laiton, l'acier inoxydable et l'acier au carbone soient moins sensibles à la fréquence, leur profondeur de gravure tend à diminuer avec l'augmentation de la fréquence.
04 Influence de la vitesse sur la profondeur de gravure
Figure 4 Comparaison de l'effet de la vitesse de sculpture sur la profondeur de sculpture
Le graphique montre que la profondeur de gravure diminue proportionnellement à la vitesse de gravure. À 500 mm/s, la profondeur de gravure de chaque matériau est maximale. Les profondeurs de gravure de l'aluminium, du cuivre, de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone sont respectivement de 3,4 mm, 3,24 mm, 1,69 mm et 1,31 mm.
05 L'effet de l'espacement de remplissage sur la profondeur de gravure
Figure 5 L'effet de la densité de remplissage sur l'efficacité de la gravure
Le graphique montre que lorsque la densité de remplissage est de 0,01 mm, les profondeurs de gravure de l'aluminium, du laiton, de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone sont maximales, et que la profondeur de gravure diminue à mesure que l'espace de remplissage augmente ; l'espacement de remplissage augmente de 0,01 mm. Dans le processus de 0,1 mm, le temps nécessaire pour réaliser 100 gravures est progressivement réduit. Lorsque la distance de remplissage est supérieure à 0,04 mm, la plage de temps de raccourcissement est considérablement réduite.
En conclusion
Grâce aux tests ci-dessus, nous pouvons obtenir les paramètres de processus recommandés pour la sculpture profonde de différents matériaux métalliques à l'aide du RFL-100M :
Date de publication : 11 juillet 2022