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Na aplicação de moldes, letreiros, acessórios de ferragens, outdoors, placas de automóveis e outros produtos, os processos tradicionais de corrosão não só causarão 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 melhorada, a precisão não é alta e ângulos agudos não podem ser esculpidos. Em comparação com os métodos tradicionais de escultura profunda em metal, a escultura profunda em metal a laser tem as vantagens de um conteúdo de escultura livre de poluição, de alta precisão e flexível, que pode atender aos requisitos de processos complexos de escultura.

Os materiais comuns para escultura profunda em metal incluem aço carbono, aço inoxidável, alumínio, cobre, metais preciosos, etc. Os engenheiros conduzem pesquisas de parâmetros de escultura profunda de alta eficiência para diferentes materiais metálicos.

Análise de caso real:
Equipamento de plataforma de teste Carmanhaas 3D Galvo Head com lente （F = 163/210） realiza teste de escultura profunda. 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 quantidade de desfocagem, largura de pulso, velocidade, intervalo de preenchimento, etc., use o testador de escultura profunda para medir a profundidade e encontre os parâmetros do processo com o melhor efeito de escultura.

Tabela 1 Parâmetros iniciais de escultura profunda

Através da tabela de parâmetros do processo, podemos ver que existem muitos parâmetros que têm impacto no efeito final da gravação profunda. Usamos o método da variável de controle para encontrar o efeito de cada parâmetro do processo no efeito do processo e agora iremos anunciá-los um por um.

01 O efeito da desfocagem na profundidade do entalhe

Primeiro use a fonte de laser de fibra Raycus, potência: 100W, 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 a desfocagem e teste o efeito da desfocagem no efeito de gravação de diferentes materiais.

Figura 1 Comparação do efeito da desfocagem na profundidade do entalhe do material

Conforme mostrado na Figura 1, podemos obter o seguinte sobre a profundidade máxima correspondente a diferentes quantidades de desfocagem ao usar o RFL-100M para gravação profunda em diferentes materiais metálicos. A partir dos dados acima, conclui-se que o entalhe profundo na superfície do metal requer uma certa desfocagem para obter o melhor efeito de gravação. A desfocagem para gravação em alumínio e latão é de -3 mm, e a desfocagem para gravação em aço inoxidável e aço carbono é de -2 mm.

02 O efeito da largura do pulso na profundidade do entalhe 

Através dos experimentos acima, é obtida a quantidade ideal de desfocagem do RFL-100M em gravação profunda com diferentes materiais. Use a quantidade ideal de desfocagem, altere a largura do pulso e a frequência correspondente nos parâmetros iniciais e outros parâmetros permanecem inalterados.

Isto ocorre principalmente porque cada largura de pulso do laser RFL-100M possui uma frequência fundamental correspondente. Quando a frequência for inferior à frequência fundamental correspondente, a potência de saída será inferior à potência média e, quando a frequência for superior à frequência fundamental correspondente, a potência de pico diminuirá. O teste de gravação precisa usar a maior largura de pulso e capacidade máxima para 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。Realize o teste de gravação através do pulso e frequência acima, o resultado do teste é mostrado na Figura 2Figura 2 Comparação do efeito da largura do pulso na profundidade da gravação

Pode-se observar no gráfico que quando o RFL-100M está gravando, à medida que a largura do pulso diminui, a profundidade da gravação diminui correspondentemente. A profundidade de gravação de cada material é maior em 240 ns. Isto 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 na profundidade de gravação cada vez menor.

03 Influência da frequência na profundidade da gravação

Através dos experimentos acima, são obtidas a melhor quantidade de desfocagem e largura de pulso do RFL-100M ao gravar com diferentes materiais. Use a melhor quantidade de desfocagem e largura de pulso para permanecer 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 no entalhe profundo do material

Pode-se observar no gráfico que quando o laser RFL-100M grava vários materiais, à medida que a frequência aumenta, a profundidade de gravação de cada material diminui proporcionalmente. Quando a frequência é de 100 kHz, a profundidade de gravação é maior e a profundidade máxima de gravação de alumínio puro é 2,43. mm, 0,95 mm para latão, 0,55 mm para aço inoxidável e 0,36 mm para aço carbono. Dentre eles, o alumínio é o mais sensível às mudanças de frequência. Quando a frequência é 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 mostram uma tendência de diminuir a profundidade da 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 correspondentemente. Quando a velocidade de gravação é de 500 mm/s, a profundidade de gravação de cada material é maior. As profundidades de gravação em alumínio, cobre, aço inoxidável e aço carbono são respectivamente: 3,4 mm, 3,24 mm, 1,69 mm, 1,31 mm.

05 O efeito do espaçamento de preenchimento na profundidade da gravação

Figura 5 O 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 em alumínio, latão, aço inoxidável e aço carbono são máximas, e a profundidade de gravação diminui à medida que a lacuna de preenchimento aumenta; o espaçamento de preenchimento aumenta de 0,01 mm. No processo de 0,1 mm, o tempo necessário para completar 100 gravações é gradualmente reduzido. Quando a distância de enchimento é superior a 0,04 mm, o intervalo de tempo de encurtamento é significativamente reduzido.

Para concluir

Através dos testes acima, podemos obter os parâmetros de processo recomendados para escultura profunda de diferentes materiais metálicos usando RFL-100M: