در زمینه دستگاه‌های علامت‌گذاری لیزری در سطح پیکوثانیه، دقت شاخص اصلی برای ارزیابی عملکرد تجهیزات است. پایه، به عنوان حامل کلیدی برای سیستم لیزر و اجزای دقیق، جنس آن مستقیماً بر پایداری دقت پردازش تأثیر می‌گذارد. گرانیت و چدن، به عنوان دو ماده پایه اصلی، تفاوت‌های قابل توجهی در ویژگی‌های میرایی دقت در طول پردازش فوق‌العاده ظریف در سطح پیکوثانیه دارند. این مقاله به طور عمیق مزایا و معایب عملکرد این دو را تجزیه و تحلیل می‌کند تا مبنای علمی برای ارتقاء تجهیزات فراهم کند.
خواص مواد، اساس دقت را تعیین می‌کنند
گرانیت اساساً یک سنگ آذرین است که طی فرآیندهای زمین‌شناسی طی صدها میلیون سال تشکیل شده است. ساختار کریستالی داخلی آن متراکم و یکنواخت است و ضریب انبساط خطی آن به کمی 0.5-8 ×10⁻⁶/℃ است که با ضریب انبساط خطی آلیاژهای دقیق مانند فولاد ایندیم قابل مقایسه است. این ویژگی باعث می‌شود تغییر ابعادی آن در هنگام نوسان دمای محیط تقریباً ناچیز باشد و به طور مؤثر از انحراف مسیر نوری و خطاهای مکانیکی ناشی از انبساط و انقباض حرارتی جلوگیری کند. علاوه بر این، چگالی گرانیت به اندازه 2.6-2.8 گرم بر سانتی‌متر مکعب است که به طور طبیعی ظرفیت جذب ارتعاش بسیار خوبی دارد. این ماده می‌تواند به سرعت ارتعاشات فرکانس بالای تولید شده در طول پردازش لیزری را تضعیف کند و پایداری سیستم نوری و قطعات متحرک را تضمین کند.
پایه‌های چدنی به دلیل عملکرد عالی ریخته‌گری و مزایای هزینه‌ای، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. ساختار گرافیت پولکی معمول چدن خاکستری، آن را با عملکرد میرایی خاصی مجهز می‌کند که می‌تواند حدود 30 تا 50 درصد انرژی ارتعاش را جذب کند. با این حال، ضریب انبساط حرارتی چدن تقریباً 10-12 × 10⁻⁶/℃ است که 2-3 برابر گرانیت است. تحت تجمع گرمای تولید شده توسط پردازش مداوم طولانی مدت، تغییر شکل ابعادی مستعد رخ دادن است. در همین حال، تنش ریخته‌گری در داخل چدن وجود دارد. از آنجا که تنش در طول فرآیند استفاده آزاد می‌شود، ممکن است باعث تغییرات برگشت‌ناپذیر در صافی و عمود بودن پایه شود.
مکانیسم میرایی دقیق در پردازش سطح پیکوثانیه
پردازش لیزری پیکوثانیه‌ای، با ویژگی‌های پالس فوق‌العاده کوتاه خود، می‌تواند پردازش دقیقی را در سطح زیر میکرون یا حتی سطح نانومتر انجام دهد، اما الزامات سختی را نیز برای پایداری تجهیزات ایجاد می‌کند. پایه گرانیتی، با ساختار داخلی پایدار خود، می‌تواند پاسخ ارتعاش را در سطح زیر میکرون تحت تأثیر لیزر با فرکانس بالا کنترل کند و به طور مؤثر دقت موقعیت‌یابی فوکوس لیزر را حفظ کند. داده‌های اندازه‌گیری شده نشان می‌دهد که دستگاه علامت‌گذاری لیزری با پایه گرانیتی پس از پردازش مداوم ۸ ساعته پیکوثانیه‌ای، همچنان انحراف عرض خط را در محدوده ±۰.۵ میکرومتر حفظ می‌کند.
وقتی پایه چدنی در معرض ارتعاش فرکانس بالای لیزر پیکوثانیه‌ای قرار می‌گیرد، ساختار داخلی دانه‌ها به دلیل ضربه مداوم دچار خستگی میکروسکوپی می‌شود و در نتیجه استحکام پایه کاهش می‌یابد. داده‌های نظارتی از یک شرکت تولید نیمه‌هادی خاص نشان می‌دهد که پس از شش ماه کارکرد، میزان کاهش دقت پردازش تجهیزات با پایه‌های چدنی به 12 درصد می‌رسد که عمدتاً به صورت افزایش زبری لبه‌های خط و افزایش خطاهای موقعیت‌یابی آشکار می‌شود. در همین حال، چدن نسبتاً به رطوبت محیط حساس است. استفاده طولانی مدت مستعد زنگ‌زدگی است و این امر باعث تسریع زوال دقت می‌شود.
تأیید تفاوت‌های عملکرد در کاربردهای عملی
در زمینه پردازش قطعات الکترونیکی دقیق 3C، یک شرکت شناخته شده، آزمایشی مقایسه‌ای بر روی عملکرد تجهیزات دو نوع پایه مواد انجام داد. در این آزمایش، دو دستگاه علامت‌گذاری لیزری پیکوثانیه‌ای با پیکربندی یکسان به ترتیب به پایه‌های گرانیتی و چدنی مجهز شدند تا شیشه صفحه نمایش تلفن همراه با عرض 0.1 میلی‌متر را برش داده و علامت‌گذاری کنند. پس از 200 ساعت پردازش مداوم، میزان حفظ دقت پردازش تجهیزات پایه گرانیتی 98.7٪ بود، در حالی که این میزان برای تجهیزات پایه چدنی تنها 86.3٪ بود. لبه‌های شیشه پردازش شده توسط دومی، عیوب دندانه اره‌ای آشکاری را نشان می‌داد.
در ساخت قطعات هوافضا، داده‌های پایش بلندمدت یک موسسه تحقیقاتی خاص، تفاوت‌ها را به طور شهودی‌تری نشان می‌دهد: دستگاه علامت‌گذاری لیزری با پایه گرانیتی در طول عمر پنج ساله خود، میرایی تجمعی دقت کمتر از 3 میکرومتر دارد؛ با این حال، پس از سه سال، خطای پردازش تجهیزات پایه چدنی ناشی از تغییر شکل پایه از استاندارد فرآیند ±10 میکرومتر فراتر رفته و کالیبراسیون کلی دقت دستگاه باید انجام شود.
پیشنهادهایی برای ارتقای تصمیمات
اگر شرکت‌ها پردازش با دقت بالا و چرخه طولانی پایدار را به عنوان خواسته‌های اصلی خود در نظر بگیرند، به خصوص در زمینه‌هایی مانند تراشه‌های نیمه‌هادی و قطعات نوری دقیق، پایه‌های گرانیتی با پایداری حرارتی و مقاومت در برابر ارتعاش برجسته، یک انتخاب ایده‌آل برای ارتقاء هستند. اگرچه هزینه اولیه تهیه آن 30 تا 50 درصد بیشتر از چدن است، از منظر هزینه کل چرخه عمر، کاهش دفعات کالیبراسیون دقیق و زمان از کار افتادن تجهیزات برای نگهداری می‌تواند مزایای کلی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. برای سناریوهای کاربردی با الزامات دقت پردازش نسبتاً کم و بودجه محدود، پایه‌های چدنی همچنان می‌توانند به عنوان یک راه حل انتقالی با فرض کنترل منطقی محیط استفاده استفاده شوند.
با مقایسه سیستماتیک ویژگی‌های میرایی دقیق گرانیت و چدن در پردازش در سطح پیکوثانیه، می‌توان دریافت که انتخاب ماده پایه مناسب، گامی کلیدی برای بهبود دقت پردازش و قابلیت اطمینان دستگاه مارک‌گذاری لیزری است. شرکت‌ها باید با توجه به نیازهای تکنولوژیکی و ملاحظات هزینه‌ای خود، تصمیمات علمی در مورد طرح ارتقاء پایه بگیرند تا پایه تجهیزات محکمی برای تولید پیشرفته فراهم شود.
زمان ارسال: ۲۲ مه ۲۰۲۵