Pikosegundo mailako laser bidezko markaketa-makinen arloan, zehaztasuna da ekipamenduaren errendimendua ebaluatzeko adierazle nagusia. Oinarria, laser sistemaren eta zehaztasun-osagaien euskarri nagusi gisa, bere materialak zuzenean eragiten dio prozesatzeko zehaztasunaren egonkortasunari. Granitoak eta burdinurtuak, bi oinarrizko material nagusi direnez, desberdintasun nabarmenak dituzte zehaztasun-ahultze ezaugarrietan pikosegundo mailako prozesamendu ultrafinean. Artikulu honek bien errendimendu-abantailak eta desabantailak sakon aztertuko ditu ekipamendua berritzeko oinarri zientifikoa emateko.
Materialen propietateek zehazten dute zehaztasunaren oinarria
Granitoa funtsean ehunka milioi urtetan zehar prozesu geologikoen bidez eratutako arroka igneoa da. Bere barne-egitura kristalinoa trinkoa eta uniformea da, 0,5-8 ×10⁻⁶/℃-ko hedapen-koefiziente linealarekin, indio altzairua bezalako zehaztasun-aleazioen parekoa. Ezaugarri honek bere dimentsio-aldaketa ia hutsala egiten du giro-tenperatura gorabeheratsua denean, eta horrek bide optikoaren desplazamendua eta hedapen eta uzkurdura termikoek eragindako errore mekanikoak saihestu egiten ditu. Gainera, granitoaren dentsitatea 2,6-2,8 g /cm³-koa da, eta, naturalki, bibrazioak xurgatzeko gaitasun bikaina du. Laser bidezko prozesamenduan sortzen diren maiztasun handiko bibrazioak azkar arindu ditzake, sistema optikoaren eta mugikorreko piezen egonkortasuna bermatuz.
Burdinurtuzko oinarriak asko erabiltzen dira, duten galdaketa-errendimendu bikainagatik eta kostu-abantailengatik. Burdinurtu grisaren ohiko grafito-egiturak moteltze-errendimendu jakin bat ematen dio, bibrazio-energiaren % 30etik % 50era xurga dezakeena. Hala ere, burdinurtuaren hedapen termikoaren koefizientea gutxi gorabehera 10-12 × 10⁻⁶/℃ da, granitoarena baino 2-3 aldiz handiagoa. Epe luzeko prozesamendu jarraituak sortutako beroaren metaketaren ondorioz, deformazio dimentsioduna gerta daiteke. Bitartean, galdaketa-tentsioa dago burdinurtuaren barruan. Tentsioa erabilera-prozesuan askatzen den heinean, oinarriaren lautasunean eta perpendikulartasunean aldaketa itzulezinak sor ditzake.
Pikosegundo mailako prozesamenduan zehaztasun-ahultze mekanismoa
Pikosegundoko laser prozesamenduak, pultsu ultra-laburren ezaugarriekin, prozesamendu fina lor dezake submikroi mailan edo nanometro mailan ere, baina ekipamenduaren egonkortasunerako baldintza zorrotzak ere ezartzen ditu. Granitozko oinarriak, bere barne-egitura egonkorrarekin, bibrazio-erantzuna kontrola dezake submikroi mailan maiztasun handiko laser inpaktuaren pean, laser fokuaren kokapen-zehaztasuna eraginkortasunez mantenduz. Neurtutako datuek erakusten dute granitozko oinarria duen laser markatzeko makinak oraindik ere lerro-zabaleraren desbideratzea mantentzen duela ±0,5 μm-tan 8 orduko pikosegundoko prozesamendu jarraituaren ondoren.
Burdinurtuzko oinarria pikosegundoko laser baten maiztasun handiko bibrazioaren eraginpean dagoenean, barneko ale-egitura neke mikroskopikoa jasango du etengabeko inpaktuaren ondorioz, eta horren ondorioz oinarriaren zurruntasuna gutxitu egingo da. Erdieroaleen fabrikazio-enpresa jakin bateko jarraipen-datuek erakusten dute sei hilabeteko funtzionamenduaren ondoren, burdinurtuzko oinarriak dituzten ekipamenduen prozesatzeko zehaztasunaren ahultze-tasa % 12ra iristen dela, batez ere lerro-ertzen zimurtasuna handitzen eta kokapen-erroreen hedapenean agertzen dena. Bitartean, burdinurtua nahiko sentikorra da ingurumen-hezetasunarekiko. Epe luzeko erabilerak herdoiltzeko joera du, eta horrek zehaztasunaren hondatzea are gehiago bizkortzen du.
Aplikazio praktikoetan errendimendu-desberdintasunen egiaztapena
3C zehaztasun-osagai elektronikoen prozesamenduaren arloan, enpresa ezagun batek bi material-oinarri motaren ekipamenduen errendimenduaren proba konparatiboa egin zuen. Esperimentuan, konfigurazio berdineko bi pikosegundoko laser markatzeko makina granitozko eta burdinurtuzko oinarriekin hornitu ziren, hurrenez hurren, telefono mugikorren pantailen beira 0,1 mm-ko zabalerako moztu eta markatzeko. 200 orduko etengabeko prozesamenduaren ondoren, granitozko oinarriko ekipamenduaren prozesatzeko zehaztasunaren atxikipen-tasa % 98,7koa izan zen, eta burdinurtuzko oinarriko ekipamenduarena, berriz, % 86,3koa. Azken horrek prozesatutako beiraren ertzek zerra-hortz akats nabarmenak erakutsi zituzten.
Aeroespazio-osagaien fabrikazioan, ikerketa-institutu jakin baten epe luzeko jarraipen-datuek intuitiboago islatzen dituzte desberdintasunak: granitozko oinarria duen laser bidezko markatze-makinak 3 μm baino gutxiagoko zehaztasun-atenuazio metatua du bost urteko zerbitzu-bizitzan; hala ere, hiru urte igaro ondoren, oinarriaren deformazioak eragindako burdinurtuzko oinarri-ekipoaren prozesatzeko erroreak ±10 μm-ko prozesu-estandarra gainditu du, eta makinaren zehaztasun-kalibrazio orokorra egin behar da.
Erabakiak hobetzeko iradokizunak
Enpresek zehaztasun handiko eta ziklo luzeko prozesamendu egonkorra eskatzen badute, batez ere erdieroale txipak eta zehaztasun osagai optikoen arloetan, granitozko oinarriak, egonkortasun termiko eta bibrazioarekiko erresistentzia bikainak dituztenak, aukera aproposa dira hobekuntza gisa. Hasierako erosketa kostua burdinurtuarena baino % 30 eta % 50 handiagoa den arren, bizi-ziklo osoko kostuaren ikuspegitik, zehaztasun kalibrazioaren maiztasun txikiagoak eta mantentze-lanetarako ekipamenduen geldialdiak nabarmen hobetu ditzakete onura orokorrak. Prozesatzeko zehaztasun-eskakizun nahiko baxuak eta aurrekontu mugatuak dituzten aplikazio-eszenatokietarako, burdinurtuzko oinarriak trantsizio-irtenbide gisa erabil daitezke oraindik ere, erabilera-ingurunea arrazoiz kontrolatzeko premisan.
Granitoaren eta burdinurtuaren zehaztasun-ahultze ezaugarriak pikosegundo-mailako prozesamenduan sistematikoki alderatuz, ikus daiteke oinarrizko material egokia aukeratzea funtsezko urratsa dela laser bidezko markatze-makinaren prozesatzeko zehaztasuna eta fidagarritasuna hobetzeko. Enpresek, beren eskakizun teknologikoak eta kostuen inguruko gogoetak kontuan hartuta, erabaki zientifikoak hartu beharko lituzkete oinarrizko berritze-planari buruz, goi-mailako fabrikaziorako ekipamendu-oinarri sendoa emateko.
Argitaratze data: 2025eko maiatzaren 22a