Спосіб лазерного гравірування

Спосіб лазерного гравірування, що включає направлення на оброблювану поверхню сфокусованого лазерного випромінювання з вибраною довжиною хвилі, який відрізняється тим, що обробку виконують при довжині хвилі, що має об'ємне поглинання оброблюваним матеріалом, а каус тику лазерного випромінювання заглиблюють в останній на величину, яку визначають із співвідношення: Корисна модель відноситься до методів електрофізичної обробки матеріалів, зокрема до способів нанесення розпізнавальних знаків, символів, малюнків, і може знайти застосування в різних областях для обробки виробів. Відомі різні схеми формування знаків [1], які базуються на загальному принципі їх формування - випаровуванні оброблювального матеріалу вздовж контурної лінії малюнка, або в його межах. Недоліком цього методу є те, що випаровування матеріалу потребую додаткових витрат часу. Найбільш близьким до запропонованого методу є спосіб лазерного гравірування знаків на полімерних матеріалах [2] шляхом їх руйнування у вигляді системи отворів, які заповнюють контур або межі знаку. Недоліком цього способу є те, що він не дозволяє проводити обробку матеріалу з високою швидкістю, особливо у разі великих обсягів видаленого матеріалу. Процес обробки передбачає поступове видалення матеріалу малими порціями, тому при великій глибині профілю формуемого елементу малюнка потрібно тривале сканування лазерним пучком з поверхні виробу. В основу корисної моделі поставлено задачу формування знака з опуклою поверхнею. Постав лена задача вирішується тим, що гравірування виконують сфокусованим пучком лазерного випромінювання, що направляють на поверхню виробу, причому довжину хвилі випромінювання вибирають з умови об'ємного поглинання його енергії матеріалом виробу, а перетяжку сфокусованого пучка заглиблюють під поверхню виробу на величину, обумовлену теплофізичними властивостями матеріалу, розмірами знаку, який наноситься (шириною його контуру) і потужністю випромінювання. Швидкість контурного переміщення променя по малюнку визначається величиною необхідної енергії для переробки матеріалу виробу уздовж одиничної його довжини. Запропонований спосіб гравірування виконується сфокусованим пучком лазерного випромінювання із заданою довжиною хвилі і з перетяжки, заглиблення в матеріал заготовки, причому довжину хвилі випромінювання вибирають з умови об'ємного поглинання його енергії матеріалом заготовки, а перетяжку заглиблюють на величину, при якій на поверхні виробу щільність потужності не перевищує критичного значення за плавлення матеріалу, а в площині перетяжки досягає цього значення з ураху 1 2 nл d0 Wp , 4 p де - коефіцієнт поглинання лазерного випромінювання оброблюваним матеріалом; d0 - діаметр лазерного випромінювання у площині каустики; F ln nл Wp - критична щільність потужності лазерного (19) UA (11) 51707 (13) U випромінювання; р - потужність лазерного випромінювання. 3 51707 ванням рівня об'ємного поглинання енергії випромінювання. Реалізація способу здійснюється в такий спосіб: для відомого матеріалу виробу вибирають тип випромінювання по довжині хвилі в залежності від розрахункового значення коефіцієнта поглинання (Бугера): nл B Cp Wp n (1) K Lnл де B - нормалізований коефіцієнт поглинання (В 0.1 - поглинання об'ємне); Cp - питома теплоnл ємність; Wp - критична по плавленню щільність потужності світлового потоку для матеріалу заготовки; К - коефіцієнт теплопровідності; Lnл - питома теплота плавлення матеріалу виробу. Далі визначають величину заглиблення перетяжки каустики пучка випромінювання в матеріал виробу: 1 ln an F 2 nл d0 Wp (2) 4 p де P - потужність випромінювання; d0 - діаметр перетяжки і вибирають лінзу по необхідній фокусній відстані: F D F 4 p nл Wp 1 1 2 d0 (3) де D - діаметр пучка по лінзі. Після коректування розбіжності пучка випромінювання до велиd0 чини 0 та налаштування приводу переміF щення виробу на рівень швидкості Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 4 V 4 P d0 F L0 (4) де L 0 - питома енергія плавлення матеріалу виробу, виконують обробку контуру малюнка. Згідно корисної моделі, новим є те, що формування малюнку на поверхні виробу базується не на принципі випаровування матеріалу, а на принципі спінювання. Запропонований спосіб гравірування використовувався для нанесення написів на клавіатуру персональних комп'ютерів. Матеріал клавішей полістирол ( Wp пл 103 Вт / см2 , К=0,01кал/см с град, ср=0,15кал, Lпл=0,1 1,03кaл/г, L0=0,6 103Дж/cм3). Розрахункові значення параметрів: =15см-1, п=13см-1 для =1,06мкм (випромінювач на ІАГ), F=0,08см, F=3,9см, =0,015, V=3,54см/с. Обробка виконувалась на лазерній установці ГПЛТ-16-400/500 з випромінювачем типу ЛТІ-502 (Рср=16Вт). Час гравірування одиничного знаку довжиною 15мм склало 0,5с, що дозволило скоротити тривалість виготовлення одного набору клавіатури в 10 разів. Використання запропонованого способу дозволяє формувати опуклий знак на поверхні виробу без порушення його суцільності. Нанесений знак має змінене забарвлення, найбільш контрастну на темних сортах полістиролу. Література: [1]. Рахшані Абдол Ракхман «Технологічне забезпечення операцій лазерного гравірування» // Наукові вісті НТУУ (КПI).-2007.-№2. С.46-56. [2]. Европейский патент №0388009 В23К26/00 – 1990. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601