几种金属材料的激光深雕工艺参数推荐

来源:锐科激光-锐课堂    关键词:激光, 深雕, 脉冲,    发布时间:2019-09-29

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在模具、标牌、五金配件、广告板、汽车车牌等产品上,传统的腐蚀工艺不仅会带来环境污染,且效率较低。机加工等进行雕刻深度的传统工艺应用,产生的金属废弃物和冷却液也会带来环境的污染,虽然效率提高但精度不高,不能雕刻锐角。对比金属深雕的传统方式,激光金属深雕具有无污染、精度高、雕刻内容灵活、可满足复杂雕刻工艺等优势。


金属深雕常见的材料有碳钢、不锈钢、铝、铜、贵金属等,锐科工程师针对不同金属材料进行高效深雕参数研究。


 

 

 


深雕样品

 

实际案例分析


试验平台配备RAYLASE(MS-II-10)振镜和聚焦镜(F=163/210)进行深雕试验。雕刻尺寸为10mm×10mm,设置雕刻初始参数,如表1所示。改变离焦量、脉宽、速度、填充间距等工艺参数,使用深雕测试仪进行深度测量,找到雕刻效果最佳的工艺参数。


表1深雕初始参数

通过工艺参数表,我们可以看出有较多参数对最终的深雕效果产生影响,我们通过控制变量法来寻找各个工艺参数对效果影响的过程,现一一给大家揭晓。


 

01.离焦量对雕刻深度的影响

首先使用RFL-100M激光器雕刻初始参数,在不同金属表面进行雕刻试验,重复雕刻100次,时间为305S,改变离焦量,并测试离焦量对不同材料雕刻效果的影响。

图1 离焦量对材料雕刻深度的影响对比图

如图1所示,我们可以得到以下关于使用RFL-100M在不同金属材料进行深雕时,不同的离焦量对应的最大深度。通过以上数据得出在金属表面进行深雕需要一定离焦量才能得到最佳的雕刻效果,其中雕刻铝和黄铜的离焦量为-3mm雕刻不锈钢和碳钢的离焦量为-2mm。

 

02.脉宽对雕刻深度影响

通过上述试验得出RFL-100M在不同材料深雕时的最佳离焦量,使用最佳离焦量,改变初始参数中的脉宽和对应频率,其他参数不变。这主要由于RFL-100M激光器的每个脉宽都有对应的基频频率,当低于对应的基频频率时输出功率低于平均功率,当频率高于对应基频频率时峰值功率会降低,而雕刻试验需要使用脉宽最大、能力最大进行测试,所以试验频率为基频频率,相关试验数据在后面试验中会进行详细表述。每个脉宽对应的基频频率为:240ns,10kHz、160ns,105kHz、130ns,119kHz、100ns,144kHz、58ns,179kHz、40ns,245kHz、20ns,490kHz、10ns,999kHz。通过以上脉冲和频率进行雕刻试验,试验结果如图2所示


图2 脉冲宽度对雕刻深度的影响对比图

从图表中可以看出RFL-100M雕刻时,随着脉宽的减小其雕刻深度也相应减小。240ns时各材料雕刻深度均最大, 这主要是由于降低脉宽导致单脉冲能量降低,进而降低了对金属材料表面的破坏性,导致雕刻深度越来越小。

 

03.频率对雕刻深度影响

通过上述试验得出RFL-100M在不同材料雕刻时的最佳离焦量和脉宽,使用最佳离焦量和脉宽保持不变,改变频率,测试不同频率对雕刻深度的影响,试验结果如图3所示。


图3 频率对材料深雕的影响对比图

从图表中可以看出RFL-100M激光器在对各材料进行雕刻时,随着频率的增加各材料雕刻深度相应的减小,其频率为100kHz时雕刻深度均最大,纯铝最大雕刻深度为2.43mm,黄铜为0.95mm,不锈钢为0.55mm,碳钢为0.36mm。其中,铝材对频率的改变最为敏感,当频率为600kHz时,无法在铝材表面进行深雕。而黄铜、不锈钢和碳钢受频率影响较小,但也呈现出频率增加雕刻深度越来越小的趋势。

 

04.速度对雕刻深度影响


图4 雕刻速度对雕刻深度的影响对比图

从图表中可以看出随着雕刻速度的增加雕刻深度相应的减小,雕刻速度为500mm/s时各材料雕刻深度均最大,雕刻铝,铜,不锈钢和碳钢的最大深度分别为:3。4mm、3。24mm、1。69mm、1。31mm。

 

05.填充间距对雕刻深度影响


图5 填充密度对雕刻效率的影响

从图表中可以看出当填充密度为0.01mm时,铝、黄铜、不锈钢、碳钢的雕刻深度均为最大值,随着填充间隙的增加雕刻深度相应的减小;填充间距从0.01mm增加到0.1mm过程中,其完成100次雕刻所需时间均逐渐缩短,填充间距大于0.04mm时,其缩短时间幅度明显降低。

 

结论

通过上述试验,我们可以得出使用RFL-100M对不同金属材料深雕的推荐工艺参数: