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Na aplicação de moldes, placas, acessórios de hardware, outdoors, placas de automóveis e outros produtos, os processos tradicionais de corrosão não só causam poluição ambiental, mas também baixa eficiência. Aplicações de processos tradicionais, como usinagem, sucata metálica e refrigerantes, também podem causar poluição ambiental. Embora a eficiência tenha sido aprimorada, a precisão não é alta e ângulos agudos não podem ser esculpidos. Comparado aos métodos tradicionais de entalhe profundo em metal, o entalhe profundo em metal a laser apresenta as vantagens de não poluir, alta precisão e conteúdo de entalhe flexível, o que pode atender aos requisitos de processos de entalhe complexos.

Materiais comuns para entalhe profundo de metal incluem aço carbono, aço inoxidável, alumínio, cobre, metais preciosos, etc. Engenheiros conduzem pesquisas de parâmetros de entalhe profundo de alta eficiência para diferentes materiais metálicos.

Análise de caso real:
O equipamento de plataforma de teste Carmanhaas 3D Galvo Head com lente (F=163/210) realiza o teste de entalhe profundo. O tamanho da gravação é 10 mm × 10 mm. Defina os parâmetros iniciais de gravação, conforme mostrado na Tabela 1. Altere os parâmetros do processo, como a quantidade de desfocagem, largura do pulso, velocidade, intervalo de enchimento, etc., use o testador de entalhe profundo para medir a profundidade e encontrar os parâmetros do processo com o melhor efeito de entalhe.

Tabela 1 Parâmetros iniciais de entalhe profundo

Através da tabela de parâmetros de processo, podemos observar que existem diversos parâmetros que impactam o efeito final da gravação profunda. Utilizamos o método da variável de controle para determinar o efeito de cada parâmetro de processo no efeito, e agora os apresentaremos um por um.

01 O efeito do desfoque na profundidade da escultura

Primeiro, utilize a fonte de laser de fibra Raycus, potência: 100 W, modelo: RFL-100M, para gravar os parâmetros iniciais. Realize o teste de gravação em diferentes superfícies metálicas. Repita a gravação 100 vezes durante 305 s. Altere o desfoque e teste o efeito do desfoque no efeito de gravação de diferentes materiais.

Figura 1 Comparação do efeito do desfoque na profundidade da escultura do material

Conforme mostrado na Figura 1, podemos obter o seguinte sobre a profundidade máxima correspondente a diferentes níveis de desfocagem ao utilizar o RFL-100M para gravação profunda em diferentes materiais metálicos. A partir dos dados acima, conclui-se que a gravação profunda na superfície metálica requer um certo desfocalização para obter o melhor efeito de gravação. A desfocalização para gravação em alumínio e latão é de -3 mm, e a desfocalização para gravação em aço inoxidável e aço carbono é de -2 mm.

02 O efeito da largura do pulso na profundidade da escultura 

Por meio dos experimentos acima, obteve-se a quantidade ideal de desfoque do RFL-100M em gravações profundas com diferentes materiais. Utilizando a quantidade ideal de desfoque, altere a largura de pulso e a frequência correspondente nos parâmetros iniciais, e os demais parâmetros permanecerão inalterados.

Isso ocorre principalmente porque cada largura de pulso do laser RFL-100M possui uma frequência fundamental correspondente. Quando a frequência é menor que a frequência fundamental correspondente, a potência de saída é menor que a potência média, e quando a frequência é maior que a frequência fundamental correspondente, a potência de pico diminui. O teste de gravação precisa utilizar a maior largura de pulso e a capacidade máxima para o teste, portanto, a frequência de teste é a frequência fundamental, e os dados de teste relevantes serão descritos em detalhes no teste a seguir.

A frequência fundamental correspondente a cada largura de pulso é: 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. Execute o teste de gravação através do pulso e da frequência acima, o resultado do teste é mostrado na Figura 2.Figura 2 Comparação do efeito da largura do pulso na profundidade de gravação

Pode-se observar no gráfico que, durante a gravação com o RFL-100M, a profundidade de gravação diminui à medida que a largura do pulso diminui. A profundidade de gravação de cada material é a maior, com 240 ns. Isso se deve principalmente à diminuição da energia do pulso único devido à redução da largura do pulso, o que, por sua vez, reduz os danos à superfície do material metálico, resultando em uma profundidade de gravação cada vez menor.

03 Influência da frequência na profundidade de gravação

Por meio dos experimentos acima, foram obtidos os melhores valores de desfoque e largura de pulso do RFL-100M ao gravar com diferentes materiais. Utilizando os melhores valores de desfoque e largura de pulso para manter a profundidade de gravação inalterada, altere a frequência e teste o efeito de diferentes frequências na profundidade de gravação. Os resultados do teste são mostrados na Figura 3.

Figura 3 Comparação da influência da frequência na profundidade do entalhe do material

O gráfico mostra que, quando o laser RFL-100M grava vários materiais, a profundidade de gravação de cada material diminui proporcionalmente à medida que a frequência aumenta. A profundidade de gravação é a maior quando a frequência é de 100 kHz, e a profundidade máxima de gravação do alumínio puro é de 2,43 mm, 0,95 mm para o latão, 0,55 mm para o aço inoxidável e 0,36 mm para o aço carbono. Entre eles, o alumínio é o mais sensível a mudanças de frequência. A uma frequência de 600 kHz, a gravação profunda não pode ser realizada na superfície do alumínio. Embora o latão, o aço inoxidável e o aço carbono sejam menos afetados pela frequência, eles também apresentam uma tendência de diminuição da profundidade de gravação com o aumento da frequência.

04 Influência da velocidade na profundidade de gravação

Figura 4 Comparação do efeito da velocidade de entalhe na profundidade de entalhe

Pode-se observar no gráfico que, à medida que a velocidade de gravação aumenta, a profundidade de gravação diminui proporcionalmente. Quando a velocidade de gravação é de 500 mm/s, a profundidade de gravação de cada material é a maior. As profundidades de gravação do alumínio, cobre, aço inoxidável e aço carbono são, respectivamente: 3,4 mm, 3,24 mm, 1,69 mm e 1,31 mm.

05 O efeito do espaçamento de preenchimento na profundidade da gravação

Figura 5 Efeito da densidade de enchimento na eficiência da gravação

Pode-se observar no gráfico que, quando a densidade de enchimento é de 0,01 mm, as profundidades de gravação de alumínio, latão, aço inoxidável e aço carbono são máximas, e a profundidade de gravação diminui à medida que a folga de enchimento aumenta; o espaçamento de enchimento aumenta de 0,01 mm para 0,1 mm, o tempo necessário para completar 100 gravações é gradualmente reduzido. Quando a distância de enchimento é maior que 0,04 mm, o intervalo de tempo de redução é significativamente reduzido.

Para concluir

Por meio dos testes acima, podemos obter os parâmetros de processo recomendados para entalhe profundo de diferentes materiais metálicos usando RFL-100M: