幾種金屬材料的激光深雕工藝參數推薦

來源:銳科激光-銳課堂    關鍵詞:激光, 深雕, 脈沖,    發布時間:2019-09-29

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在模具、標牌、五金配件、廣告板、汽車車牌等產品上,傳統的腐蝕工藝不僅會帶來環境污染,且效率較低。機加工等進行雕刻深度的傳統工藝應用,產生的金屬廢棄物和冷卻液也會帶來環境的污染,雖然效率提高但精度不高,不能雕刻銳角。對比金屬深雕的傳統方式,激光金屬深雕具有無污染、精度高、雕刻內容靈活、可滿足復雜雕刻工藝等優勢。


金屬深雕常見的材料有碳鋼、不銹鋼、鋁、銅、貴金屬等,銳科工程師針對不同金屬材料進行高效深雕參數研究。


 

 

 


深雕樣品

 

實際案例分析


試驗平臺配備RAYLASE(MS-II-10)振鏡和聚焦鏡(F=163/210)進行深雕試驗。雕刻尺寸為10mm×10mm,設置雕刻初始參數,如表1所示。改變離焦量、脈寬、速度、填充間距等工藝參數,使用深雕測試儀進行深度測量,找到雕刻效果最佳的工藝參數。


表1深雕初始參數

通過工藝參數表,我們可以看出有較多參數對最終的深雕效果產生影響,我們通過控制變量法來尋找各個工藝參數對效果影響的過程,現一一給大家揭曉。


 

01.離焦量對雕刻深度的影響

首先使用RFL-100M激光器雕刻初始參數,在不同金屬表面進行雕刻試驗,重復雕刻100次,時間為305S,改變離焦量,并測試離焦量對不同材料雕刻效果的影響。

圖1 離焦量對材料雕刻深度的影響對比圖

如圖1所示,我們可以得到以下關于使用RFL-100M在不同金屬材料進行深雕時,不同的離焦量對應的最大深度。通過以上數據得出在金屬表面進行深雕需要一定離焦量才能得到最佳的雕刻效果,其中雕刻鋁和黃銅的離焦量為-3mm雕刻不銹鋼和碳鋼的離焦量為-2mm。

 

02.脈寬對雕刻深度影響

通過上述試驗得出RFL-100M在不同材料深雕時的最佳離焦量,使用最佳離焦量,改變初始參數中的脈寬和對應頻率,其他參數不變。這主要由于RFL-100M激光器的每個脈寬都有對應的基頻頻率,當低于對應的基頻頻率時輸出功率低于平均功率,當頻率高于對應基頻頻率時峰值功率會降低,而雕刻試驗需要使用脈寬最大、能力最大進行測試,所以試驗頻率為基頻頻率,相關試驗數據在后面試驗中會進行詳細表述。每個脈寬對應的基頻頻率為:240ns,10kHz、160ns,105kHz、130ns,119kHz、100ns,144kHz、58ns,179kHz、40ns,245kHz、20ns,490kHz、10ns,999kHz。通過以上脈沖和頻率進行雕刻試驗,試驗結果如圖2所示


圖2 脈沖寬度對雕刻深度的影響對比圖

從圖表中可以看出RFL-100M雕刻時,隨著脈寬的減小其雕刻深度也相應減小。240ns時各材料雕刻深度均最大, 這主要是由于降低脈寬導致單脈沖能量降低,進而降低了對金屬材料表面的破壞性,導致雕刻深度越來越小。

 

03.頻率對雕刻深度影響

通過上述試驗得出RFL-100M在不同材料雕刻時的最佳離焦量和脈寬,使用最佳離焦量和脈寬保持不變,改變頻率,測試不同頻率對雕刻深度的影響,試驗結果如圖3所示。


圖3 頻率對材料深雕的影響對比圖

從圖表中可以看出RFL-100M激光器在對各材料進行雕刻時,隨著頻率的增加各材料雕刻深度相應的減小,其頻率為100kHz時雕刻深度均最大,純鋁最大雕刻深度為2.43mm,黃銅為0.95mm,不銹鋼為0.55mm,碳鋼為0.36mm。其中,鋁材對頻率的改變最為敏感,當頻率為600kHz時,無法在鋁材表面進行深雕。而黃銅、不銹鋼和碳鋼受頻率影響較小,但也呈現出頻率增加雕刻深度越來越小的趨勢。

 

04.速度對雕刻深度影響


圖4 雕刻速度對雕刻深度的影響對比圖

從圖表中可以看出隨著雕刻速度的增加雕刻深度相應的減小,雕刻速度為500mm/s時各材料雕刻深度均最大,雕刻鋁,銅,不銹鋼和碳鋼的最大深度分別為:3.4mm、3.24mm、1.69mm、1.31mm。

 

05.填充間距對雕刻深度影響


圖5 填充密度對雕刻效率的影響

從圖表中可以看出當填充密度為0.01mm時,鋁、黃銅、不銹鋼、碳鋼的雕刻深度均為最大值,隨著填充間隙的增加雕刻深度相應的減小;填充間距從0.01mm增加到0.1mm過程中,其完成100次雕刻所需時間均逐漸縮短,填充間距大于0.04mm時,其縮短時間幅度明顯降低。

 

結論

通過上述試驗,我們可以得出使用RFL-100M對不同金屬材料深雕的推薦工藝參數:

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