Фемтосекундная лазерная технология представляет собой новый рубеж в производстве пресс-форм. Цель этого лазера - не заменить традиционные методы обработки, а дополнить их таким образом, чтобы в конечном итоге повысить производительность как в цехах пресс-форм, так и других производителей деталей.
Providence Texture LLC, Смитфилд, Род-Айленд, является ведущим магазином, демонстрирующим, на что способны фемтосекундные лазеры. Применение новейших технологий в производстве пресс-форм - семейная традиция президента и генерального директора Мэтта Мелонио. В 1982 году его отец Хэнк и дядя Дон-старший основали компанию Custom Etch Inc. в Нью-Касле, штат Пенсильвания, где Мэтт начал свою карьеру в отрасли сразу после окончания средней школы в 1991 году. использование 5-осевого лазерного текстурирования в этом десятилетии, когда он был одним из первых цехов в Северной Америке, внедривших AgieCharmilles Laser 4000 5Ax из Линкольншира, штат Иллинойс, GF Machining Solutions LLC, который обрабатывает детали размером до 4 × 3 м.
В 2016 году Мэтт оставил семейный бизнес, чтобы заняться своим делом и сосредоточиться на будущем лазерных технологий, учитывая, что популярность фемтосекундных лазеров и возможностей 5-осевой обработки растет. Он тесно сотрудничал с прикладными инженерами GF Machining Solutions и отделом исследований и разработок, когда он сформировал Providence Texture, взяв за основу серию лазеров AgieCharmilles Laser P, включая первый лазер P 400 U с двумя источниками света в мастерской в Северной Америке.
«Фемтосекундная лазерная технология была настолько новой, что, когда я ее получил, многие аспекты находились в стадии активной разработки», - сказал Мэтт, добавив, что в конце 2016 года он дважды ездил в глобальную штаб-квартиру GF Machining Solutions в Женеве, чтобы выполнить работу по проверке концепции. . «Я быстро нашел себе работу, которая требовала новой лазерной технологии.
Быстрая скорость
Фемтосекундные лазеры, как следует из их названия, представляют собой лазеры с импульсами в диапазоне фемтосекунд или одной квадриллионной секунды. Такая длительность импульса помещает эти лазеры в категорию ультракоротких импульсов. Важным преимуществом этой чрезвычайно короткой длины импульса является снижение поглощения тепла, качество, которое сделало фемтосекундные лазеры полезными для медицинских приложений, особенно для офтальмологических процедур, таких как LASIK.
Естественно, отсутствие теплопередачи и высокая точность делают фемтосекундные лазеры отличным инструментом для изготовления сложных форм и деталей. Широко известно, что наносекундные лазеры создают повторное покрытие и заусенцы во время абляции и могут выделять достаточно тепла для упрочнения материалов и повреждения покрытий. Фемтосекундные лазеры позволяют избежать этих проблем, делая фемтосекундные лазеры подходящими для термочувствительных деталей. Ультракороткий импульс лазера предотвращает переход материалов заготовки в состояние плавления во время абляции, тем самым устраняя повторный отлив или образование заусенцев, обеспечивая исключительно чистую отделку и избегая зон остаточного термического влияния.
В отличие от электроэрозионной обработки с грузилом или традиционной микрообработки, лазерная микрообработка предъявляет относительно мало требований. Один из них - это простая линия прямой видимости, что является гораздо менее строгим требованием, чем при других операциях обработки. В качестве бесконтактного инструмента лазер позволяет Providence Texture создавать небольшие элементы формы на рабочих расстояниях, недостижимых с помощью электроэрозионной обработки с грузилом, и достигать мест, которые иначе были бы невозможны даже с помощью шпинделей наименьшего диаметра.
Еще одно требование касается рабочего расстояния до детали или поверхности формы. Поскольку в качестве режущего инструмента лазеры используют усиленный свет, они полагаются на линзы и относительные фокусные расстояния - расстояние от линзы до заготовки - для их способности удалять материал. Многие представленные на рынке варианты фемтосекундных лазеров оптимизированы для микрообработки или резки и имеют рабочее расстояние всего от 1 мм до 3 мм благодаря диаметру импульса всего в несколько микрон. Это позволяет получить потрясающую детализацию на плоских или трубчатых поверхностях, но делает невозможным работу по 5 осям.
5-осевой фемтосекундный лазер Providence Texture имеет гибкое рабочее расстояние, которое варьируется от 73 мм до 300 мм в зависимости от варианта линзы, что является невероятно широким диапазоном для лазерного текстурирования и других приложений для изготовления форм. На этих расстояниях диаметр лазерного импульса или размер пятна может составлять от 18 до 70 мкм при полной мощности. Однако уточненные параметры могут дать размер пятна, измеряемый однозначными микронами. 5-осевое движение лазера также отличается превосходными углами атаки, обеспечивая высокое качество резки при углах до 70 °.
Автоматизированное производство
Производственная ячейка на территории Providence Texture площадью 5000 кв. Футов. Оборудование включает в себя Laser P 1200 U с инфракрасным наносекундным лазером мощностью 50 Вт, Laser P 1000 U с инфракрасным наносекундным лазером мощностью 30 Вт и Laser P 400 U, который оснащен инфракрасным фемтосекундным лазером мощностью 20 Вт с двумя источниками и инфракрасным наносекундным лазером мощностью 30 Вт. Машины 1000 U и 400 U соединены с системой автоматизации на поддонах System 3R, включающей стандартные поддоны Dynafix и Macro с индивидуальным креплением, а также 28-футовую линейную направляющую для робота-трансформера.
Компания Providence Texture обнаружила, что ключом к поддержанию высочайшего уровня точности деталей во время производства является автоматизация. Благодаря автоматизации System 3R и индивидуальным приспособлениям, разработанным с учетом возможностей лазера, цех сохраняет повторяемость в пределах ± 3 мкм. Возможности автоматизации также позволяют цеху справляться с производственной средой с большим объемом производства и небольшими объемами и при необходимости легко адаптироваться к крупносерийному производству. Размеры производственных партий варьируются от единичных экземпляров до десятков тысяч деталей.
«Я определенно рекомендую лазер в сочетании с автоматизацией», - сказал Мэтт. «С помощью наших специальных приспособлений мы можем запрограммировать опорное смещение и знать, что мы в пределах 2–3 мкм точности, когда приспособление возвращается перед лазером. Такая точность является ключевым моментом, когда вы работаете на микронном уровне. Мы поддерживаем температуру окружающей среды в магазине в пределах 4 ° F, чтобы обеспечить максимально возможную точность ».
По словам Мэтта, достижение такого уровня точности с помощью лазерной микрообработки требует подхода, отличного от традиционных операций по удалению материала. В отличие от скоростей и подачи при фрезеровании и токарной обработке, параметры, используемые в лазерных операциях, включают выходную мощность лазера, частоту лазера и скорость гальванометрических зеркал, которые управляют перемещением лазера по заготовке.
Вообще говоря, мощность - самый простой из этих факторов: установите мощность лазера на 20 процентов, и в большинстве случаев выходная мощность составляет 20 процентов. Частота колебаний лазера имеет более сложную взаимосвязь с DOC и деталями. Как правило, более высокие частоты создают более качественный рез при более низкой скорости съема. Аналогичным образом существует корреляция со скоростью движения гальванометрических зеркал по поверхности материала, влияющая как на скорость съема, так и на качество поверхности. Управляя этими факторами, будь то методом проб и ошибок или с использованием известных параметров, операторы могут значительно изменять DOC для каждого среза.
С момента запуска Providence Texture у Мэтта появилась возможность переосмыслить и установить многие параметры, которые он использует сегодня. Его опыт работы с текстурированием пресс-форм, в основном в упаковке, потребительских товарах и автомобилестроении, но его компания также обслуживает ряд других отраслей, таких как медицина, аэрокосмическая промышленность, освещение, оборона, ювелирные изделия, спортивное оборудование и электроника. Магазин производит широкий спектр текстур, в том числе с очень низким значением R a . Однако все больше и больше компания использует свой Laser P 400 U для деталей микромашин.
Многие из этих деталей обманчиво просты, например V-образные канавки для увеличения давления на прокладки, глубина которых может составлять всего 0,005 дюйма, или детали с резьбой от 1 до 2 мм на пластиковой пресс-форме для литья под давлением цилиндра шприца. Фемтосекундные лазеры могут создавать многие из них. эти функции быстрее и с меньшими затратами, чем у обычного электроэрозионного станка с грузилом, а также функции, требующие микронных допусков, которые было бы трудно или невозможно достичь с помощью традиционных методов.
Мэтт планирует вскоре добавить второй лазер P 400 U, чтобы провести дополнительные исследования потенциала фемтосекундной лазерной технологии.
«Я вижу много-много новых приложений, - сказал он. «А вторая машина позволит мне изучить эти возможности, не ограничивая производство. Мы лишь поверхностно касаемся того, на что способен фемтосекундный лазер. Это лишь вопрос времени, когда он изменит всю отрасль в том виде, в каком мы ее знаем ».
