Dans les scénarios d'usinage de haute précision des machines de marquage laser picoseconde, la base, en tant que composant principal de l'équipement, et le choix de son matériau détermine directement la stabilité de la précision d'usinage. Le granit et la fonte sont deux matériaux courants pour la fabrication des bases. Cet article compare des aspects tels que les propriétés physiques, le principe d'atténuation de précision et les données d'application pratique, fournissant ainsi une base scientifique pour la modernisation des équipements.
I. Différences de propriétés des matériaux : la logique sous-jacente des performances de précision
Le granit est une roche ignée naturelle, issue de la cristallisation dense de minéraux tels que le quartz et le feldspath. Il se caractérise par une structure dense et une grande dureté. Sa densité est généralement comprise entre 2,7 et 3,1 g/cm³, et son coefficient de dilatation thermique extrêmement faible, d'environ (4-8) × 10⁻⁶/℃, lui permet de résister efficacement aux variations de température et d'affecter la précision des équipements. De plus, sa microstructure unique lui confère d'excellentes performances d'amortissement, lui permettant d'absorber rapidement l'énergie vibratoire externe et de réduire l'impact des vibrations sur la précision de l'usinage.
La fonte, en tant que matériau industriel traditionnel, a une densité d'environ 7,86 g/cm³, une résistance à la compression relativement élevée, mais elle est chaude
Le nombre de dilatation (environ 12 × 10⁻⁶/℃) est 1,5 à 3 fois supérieur à celui du granit. De plus, la fonte présente des structures en graphite lamellaire. En utilisation prolongée, ces structures peuvent entraîner une concentration de contraintes, affectant la stabilité du matériau et entraînant une baisse de précision.
Ii. Mécanisme d'atténuation de précision dans l'usinage à l'échelle picoseconde
L'usinage laser picoseconde exige une stabilité environnementale extrêmement élevée. La moindre déformation du matériau de base se répercutera sur le résultat de l'usinage. Les fluctuations de température, les vibrations générées par le fonctionnement de l'équipement, la fatigue sous charge prolongée, etc., sont autant de facteurs clés entraînant une altération de la précision.
Lorsque la température varie, la taille du granite varie légèrement en raison de son faible coefficient de dilatation thermique. Le coefficient de dilatation thermique relativement élevé de la fonte entraîne une déformation de la base difficilement détectable à l'œil nu. Cette déformation affecte directement la stabilité du trajet optique du laser et entraîne un décalage de la position de marquage. Concernant les vibrations, le fort amortissement du granit permet d'atténuer les vibrations de 100 Hz en 0,12 seconde, contre 0,9 seconde pour la fonte. Dans des conditions de vibrations à haute fréquence, la précision d'usinage des équipements à base de fonte est plus sujette aux fluctuations.
Iii. Comparaison des données d'atténuation de précision
Selon des tests réalisés par des organismes professionnels, lors d'une opération de marquage laser picoseconde continue de 8 heures, l'atténuation de la précision de positionnement sur l'axe XY des équipements à base de granit est de ± 0,5 μm. L'atténuation de précision des équipements à base de fonte atteint ± 3 μm, avec une différence significative. Dans un environnement simulé avec une variation de température de 5 °C, l'erreur de déformation thermique des équipements à base de granit n'est que de + 0,8 μm, tandis que celle des équipements à base de fonte atteint + 12 μm.
De plus, en termes d'utilisation à long terme, le taux d'erreur de jugement des bases en granit n'est que de 0,03 %, tandis que celui des bases en fonte atteint 0,5 % en raison de problèmes de stabilité structurelle. Ces données démontrent pleinement que, compte tenu des exigences de haute précision du traitement à l'échelle picoseconde, l'avantage de stabilité des bases en granit est significatif.
IV. Suggestions de mise à niveau et applications pratiques
Pour les entreprises qui recherchent une précision d'usinage optimale, le remplacement de la base en fonte par une base en granit constitue un moyen efficace d'améliorer les performances de leurs équipements. Lors de cette mise à niveau, il est essentiel de veiller à la précision d'usinage de la base en granit afin de garantir une planéité de surface conforme aux exigences de conception. Parallèlement, l'association de dispositifs auxiliaires tels que le système d'isolation des vibrations par flottation à air permet d'optimiser encore davantage les performances antivibratoires de l'équipement.
Actuellement, dans des secteurs tels que la fabrication de puces semi-conductrices et l'usinage de composants optiques de précision, les machines de marquage laser à socle en granit sont largement adoptées, améliorant ainsi efficacement le rendement et l'efficacité de la production. Par exemple, après la modernisation de son équipement à socle en fonte par un fabricant de composants optiques, le taux de qualification de la précision de ses produits est passé de 82 % à 97 %, et l'efficacité de la production a été considérablement améliorée.
En conclusion, pour la mise à niveau des machines de marquage laser picoseconde, le granit, grâce à sa stabilité thermique exceptionnelle, ses performances d'amortissement élevées et sa capacité de maintien de la précision à long terme, s'est imposé comme un choix idéal, supérieur à la fonte. Les entreprises peuvent choisir les matériaux de base en fonction de leurs besoins de traitement et de leur budget afin d'optimiser les performances de leurs équipements.
Date de publication : 19 mai 2025