Способ рельефной лазерной гравировки


 


Владельцы патента RU 2472629:

Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) (RU)

Изобретение относится к лазерной технологии. Способ рельефной лазерной гравировки заключается в формировании трехмерного изображения в памяти компьютера с разложением на послойные зоны обработки и управлении лазерным лучом, при этом обработку осуществляют излучением волоконного импульсно-периодического одномодового лазера на поверхности материала, а управление излучением осуществляют с помощью развертки в форме прямоугольной спирали, рассчитанной таким образом, чтобы расстояние между соседними линиями составляло 60-70 процентов от диаметра фокального пятна с учетом изменений фокального расстояния, скорость углового перемещения пучка выбирается таким образом, чтобы расстояние между соседними точками воздействия равнялось расстоянию между линиями, а частота следования импульсов выбирается минимально допустимой для волоконного лазера, при этом угловое перемещение луча осуществляется с помощью гальванометрических сканаторов, а коррекция положения фокальной плоскости с помощью динамического трансфокатора, обеспечивающего совмещение области фокальной перетяжки луча с зоной обработки в режиме удаления материала и снижение плотности мощности за счет дефокусировки излучения в режиме удаления нагара. Техническим результатом изобретения является формирование способа и алгоритма создания рельефного изображения на поверхностях произвольной кривизны методом лазерной гравировки для формирования устойчивых к внешнему воздействию клейм и ярлыков.

 

Изобретение относится к лазерной технологии и может быть использовано для размерной обработки поверхностей материалов, позволяющей создавать горильефные и барильефные изображения, что может быть применено в машиностроении, электронной промышленности и т.д.

Известен способ размерной обработки композиционного материала, включающий воздействие лазерного излучения, фокусируемого внутрь металла, и использующий в качестве рабочего инструмента многомодовое лазерное излучение. Направляя фокус луча внутрь материала на расстояние от поверхности в пределах 1/2-5/8 его диаметра, поддерживая при этом мощность излучения в диапазоне от 500 до 700 Вт и скорость перемещения луча в пределах 0,8-2,5 см/с, добиваются размерной обработки материала [РФ заявка №20002115499].

Недостаток данного способа заключается в том, что при использовании многомодового лазерного излучения трудно сочетать большой размер зоны обработки с высоким разрешением изображения, управление лучом с высокой средней мощностью требует применения зеркал с большой площадью рабочей поверхности, что снижает предельные скорости углового перемещения пучка, при этом жесткие требования к отводу тепла от обрабатываемой детали не позволяют эффективно использовать координатные столы для позиционирования пучка.

Известен способ размерной обработки плоских, ступенчатых и криволинейных поверхностей, при котором формирование изображения на поверхности изделия делается через плоскую маску, в результате чего происходит избирательное изменение свойств обрабатываемой поверхности [А.С. СССР №1709833].

Недостаток данного способа заключается в применении маски, что в свою очередь приводит к удорожанию технологии за счет увеличения технологического цикла. При необходимости получения объемного изображения возрастает количество необходимых масок и появляется потребность в механизме их быстрой смены.

За прототип выбран способ скоростной лазерной маркировки [РФ патент №2236952]. Способ заключается в следующем.

На поверхности маркируемого изделия лазерным излучением формируют оптическое изображение путем управления пространственно-временными характеристиками лазерного луча. Пространственное управление реализуют за счет организации регулярного растра строк развертки, который образуется в результате двухкоординатного углового сканирования лазерным лучом поверхности изделия. Обеспечивают уровень мощности лазерного излучения, достаточный для структурного изменения облученных участков поверхности изделия, за счет импульсного режима генерации лазерного излучения. В результате на поверхности изделия образуется растровое изображение.

Недостатком этого способа является плоский характер растрового изображения, который даже при высокой мощности одномодового лазерного излучения не способен обеспечить глубокой гравировки из-за шлакообразования в узлах растра, препятствующего заглублению. Подобный подход не способен обеспечить реализацию рельефного изображения.

Задача изобретения заключается в формировании способа и алгоритма создания рельефного изображения на поверхностях произвольной кривизны методом лазерной гравировки для формирования устойчивых к внешнему воздействию клейм и ярлыков.

Предложен способ рельефной лазерной гравировки, который заключается в том, что первоначально формируют трехмерное рельефное изображение в памяти компьютера в форме матрицы глубин, которое раскладывается на последовательные портреты слоев, определяющих зоны удаления материала. Далее портрет каждого слоя раскладывается на множество замкнутых областей обработки, внутри каждой из которых формируется развертка в форме прямоугольной спирали, обеспечивающая равномерное покрытие рабочей области с минимальной длиной пути. Расстояние между соседними линиями задается таким образом, чтобы оно составляло 60-70 процентов от диаметра фокального пятна с учетом изменений фокального расстояния. Скорость углового перемещения пучка выбирается таким образом, чтобы расстояние между соседними точками воздействия равнялось расстоянию между линиями.

Для обработки используется одномодовый волоконный импульсно-периодический лазер средней мощностью не менее 10 Вт. Угловое сканирование осуществляется с помощью гальванометрических сканаторов, при этом коррекция положения фокальной плоскости осуществляется с помощью динамического трансфокатора. Применение последнего позволяет обрабатывать поверхности произвольной кривизны и сохранять неизменные условия воздействия при изменении глубины рельефа за счет совмещения области фокальной перетяжки с зоной обработки. Кроме того, использование динамического трансфокатора позволяет резко ускорить процесс очистки обрабатываемой зоны от нагара, когда снижение плотности мощности осуществляется не за счет снижения мощности, а за счет увеличения площади пятна. При этом возрастает скорость обработки и улучшается ее качество с точки зрения равномерности.

Барильефное изображение получается из горильефного с заданием общей области обработки и инверсией матрицы глубин относительно максимальной глубины обработки. Под воздействием излучения часть материала удаляется из зоны воздействия и в результате на поверхности изделия образуется стойкое к внешним воздействиям рельефное изображение.

Для определения числа проходов лазерного излучения для формирования заданной глубины одного слоя для изделия с неизвестной эффективностью удаления материала осуществляется пробная обработка по формированию углубления квадратного сечения площадью более 1 квадратного миллиметра на глубину не менее 1 мм для последующего ее измерения и определения объемной скорости удаления вещества.

Способ рельефной лазерной гравировки, заключающийся в формировании трехмерного изображения в памяти компьютера с разложением на послойные зоны обработки и управлении лазерным лучом, отличающийся тем, что обработку осуществляют излучением волоконного импульсно-периодического одномодового лазера на поверхности материала, а управление излучением осуществляют с помощью развертки в форме прямоугольной спирали, рассчитанной таким образом, чтобы расстояние между соседними линиями составляло 60-70% от диаметра фокального пятна с учетом изменений фокального расстояния, скорость углового перемещения пучка выбирается таким образом, чтобы расстояние между соседними точками воздействия равнялось расстоянию между линиями, а частота следования импульсов выбирается минимально допустимой для волоконного лазера, при этом угловое перемещение луча осуществляется с помощью гальванометрических сканаторов, а коррекция положения фокальной плоскости с помощью динамического трансфокатора, обеспечивающего совмещение области фокальной перетяжки луча с зоной обработки в режиме удаления материала и снижение плотности мощности за счет дефокусировки излучения в режиме удаления нагара.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к заготовке материала и к плите пресса для заготовки материала. .
Изобретение относится к способу производства пробковых плит, которые могут быть использованы в качестве декоративного материала. .

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в мебельном производстве для изготовления фасадов корпусной мебели. .
Изобретение относится к способам имитации травяного покрова, которые могут быть использованы при создании диорам, макетов, картин, декораций. .

Изобретение относится к деревообработке, в частности к облицовыванию древесных плит строганым шпоном с одновременным грунтованием. .

Изобретение относится к строительству и декоративному искусству. .

Изобретение относится к области производства прессованных изделий из отходов переработки деревьев хвойных пород, а именно к способам получения декоративных изделий с оздоровительным эффектом из шишек, шелухи шишек, скорлупы, которые могут использоваться в качестве сувениров, а также для отделки внутренних поверхностей помещений.

Изобретение относится к живописи и может быть использовано в изобразительном и декоративно-прикладном искусстве. .
Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано в инструментальной промышленности для изготовления клейм ударного действия и предпочтительно клейм, предназначенных для механического нанесения литер, знаков на поверхности изделий, изготовленных из пластичных при холодном деформировании металлов, в том числе золота, платины, серебра, палладия и их сплавов.

Изобретение относится к области детского творчества

Изобретение относится к области плазменной обработки материалов
Изобретение относится к производству художественных керамических изделий

Изобретение относится к полиграфии и может быть использовано при изготовлении журнальной, поздравительной, представительской, рекламной и упаковочной продукции

Изобретение относится к устройству для сатинирования и тиснения упаковочной фольги

Группа изобретений относится к гравировальным станкам и устройствам, предназначенным для художественно-декоративной обработки поверхности изделий из различных материалов путем точного переноса изображения с копируемого изображения-оригинала на поверхность заготовки. Гравировальный станок включает каркас, связанную с ним, с возможностью перемещения над поверхностью заготовки, каретку, на которую установлено гравировальное устройство с виброприводом передачи ударных колебаний гравировальному инструменту, двигатель передачи вращения гравировальному инструменту, а также механизм вертикального перемещения гравировального устройства, при этом двигатель передачи вращения гравировальному инструменту установлен неподвижно на каретке, гравировальный инструмент установлен в шпиндель, шпиндель связан с консолью вибропривода с возможностью совершать колебания вместе с ней, а передача вращения шпинделю осуществляется двигателем либо посредством взаимодействующих без механического контакта магнитов, либо посредством гибкого вала. Техническими результатами группы изобретений являются повышение качества гравировки путем совмещения ударного воздействия гравировального инструмента с его поворотом вокруг своей оси при взаимодействии с заготовкой и снижение массы элементов гравировального устройства, совершающих колебательные движения. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу изготовления защитного элемента с двумя или более расположенными с точной приводкой относительного друг друга воспроизводящими изображение слоями. Способ изготовления защитного элемента (1) для защищенной от подделки бумаги или ценного объекта (2) заключается в выполнении следующих стадий: а) подготавливают первую отдельную часть (10) защитного элемента, имеющую первую основу (11), первый функциональный слой (12) с первыми функциональными участками (13) и первыми пробельным участками (14) и при необходимости слой (35) из клея-фоторезиста на первом функциональном слое (12), совмещенный с первыми функциональными участками (13); б) подготавливают вторую отдельную часть (20) защитного элемента, имеющую вторую основу (21) и второй функциональный слой (22) на второй основе (21) или на промежуточном слое (25) между второй основой и вторым функциональным слоем (22), который при этом выполнен отделяемым от второй основы (21) или от промежуточного слоя (25); в) на первую (10) или вторую (20) отдельную часть защитного элемента наносят клеевой слой (30) из радиационно-кондиционируемого клея, если на первом функциональном слое (12) первой отдельной части (10) защитного элемента не предусмотрен слой (35) из клея-фоторезиста; в1) со стороны первого функционального слоя (12) первой отдельной части (10) защитного элемента, или в2) со стороны первой основы (11) первой отдельной части (10) защитного элемента, или в3) со стороны второго функционального слоя (22) второй отдельной части (20) защитного элемента; г) первую (10) и вторую (20) отдельные части защитного элемента объединяют между собой в составленную из них многослойную структуру (5) таким образом, что г1) в том случае, когда клей предусмотрен на первой отдельной части (10) защитного элемента, клеевой слой (30, 35) и второй функциональный слой (22) второй отдельной части (20) защитного элемента обращены друг к другу, или г2) в том случае, когда клей предусмотрен на второй отдельной части (20) защитного элемента, либо клеевой слой (30) и первый функциональный слой (12) первой отдельной части (10) защитного элемента, либо клеевой слой (30) и первая основа (11) первой отдельной части защитного элемента (10) обращены друг к другу; д) клеевой слой (30) в тех случаях, когда предусмотрен радиационно-кондиционируемый клей; д1) облучают после образования многослойной структуры (5) сквозь первую отдельную часть (10) защитного элемента или д2) в случаях в1) и в2), когда радиационно-кондиционируемый клей предусмотрен на первой отдельной части (10) защитного элемента, альтернативно облучают до образования многослойной структуры (5) путем облучения первой отдельной части (10) защитного элемента сквозь ее первый функциональный слой (12), который при этом служит в качестве маски для экспонирования, в результате чего в клеевом слое (30) образуются совмещенные с первыми функциональными участками (13) не облученные участки (33) и совмещенные с первыми пробельным участками (14) радиационно-коидиционированные участки (34); е) первую (10) и вторую (20) отдельные части защитного элемента склеивают между собой, предпочтительно при повышенном давлении и при повышенной температуре, при этом склеивание обеспечивается либо не облученными участками (33), либо кондиционированными участками (34) клеевого слоя (30), либо участками с клеем-фоторезистом (35); ж) вторую основу (21) отделяют от склеенной многослойной структуры (5), при этом второй функциональный слой (22) с образованием вторых функциональных участков (23) либо ж1) остается приклеенным к не облученным участкам (33) клеевого слоя (30), но не прилипает к его кондиционированным участкам (34) и отделяется на них вместе со второй основой (21), либо ж2) остается приклеенным к кондиционированным участкам (34) клеевого слоя (30), но не прилипает к его не облученным участкам (33) и отделяется на них вместе со второй основой (21), либо ж3) остается приклеенным к участкам с клеем-фоторезистом (35), но не прилипает к участкам без него и отделяется на них вместе со второй основой (21). Техническим результатом изобретения является разработка способа, который позволял бы выполнять совмещенные между собой рисунки или изображения с резкими контурами и с высокой точностью приводки. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области декоративно-прикладного искусства. Способ изготовления декоративного панно заключается в использовании плоской основы с исходным изображением, изготовлении шаблонов для, по крайней мере, части фрагментов на исходном изображении с вырезами или прорезями по форме фрагмента, размещении указанных шаблонов поверх соответствующих им фрагментов на исходном изображении и закреплении на исходном изображении в вырезах или прорезях шаблонов мелких рассыпчатых элементов искусственного или природного происхождения, при этом указанные рассыпчатые элементы для каждой прорези каждого шаблона используют в цвете, соответствующем цвету фрагмента изображения в соответствующем вырезе или прорези, при этом после наложения каждого шаблона поверх соответствующего его вырезу или прорези фрагментов на исходном изображении в указанный вырез или прорезь заливают клей для образования клеевого слоя толщиной, равной толщине шаблона, по стенкам выреза или прорези или толщиной, превышающей толщину шаблона, при этом на указанный клеевой слой наносят указанные мелкие рассыпчатые элементы, закрепляемые поверх этого слоя, или утапливаемые в этот слой, или напыляемые на этот слой. Техническими результатами изобретения являются упрощение изготовления декорированного панно и обеспечение возможности прорисовки на нем тонких деталей. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к способу декорирования подложки с порошковым покрытием. Способ декорирования подложки с порошковым покрытием включает этапы (а) обработки поверхности подложки, подлежащей покрытию, (б) нанесения композиции порошкового покрытия на обработанную поверхность подложки и отверждения композиции порошкового покрытия и (в) покрытия отвержденного порошкового покрытия носителем, содержащим декорирование, и перенос декорирования на покрытую поверхность подложки путем нагревания, при этом используют композицию порошкового покрытия, содержащую (А) 30-80 масс.% смеси по меньшей мере одной сложнополиэфирной смолы А, имеющей гидроксильное число в пределах 30-60 мг КОН/г, среднечисловую молярную массу Мn в пределах 3100-5000 и температуру стеклования Tg 40-60°C, и по меньшей мере одной сложнополиэфирной смолы Б, имеющей гидроксильное число в пределах 250-350 мг КОН/г, среднечисловую молярную массу Мn в пределах 2000-3000, (Б) 10-40 масс.% по меньшей мере одного отвердителя, выбранного из группы, состоящей из диизоцианатов, полиизоцианатов и уретдионов, и (В) 0,01-40 масс.% по меньшей мере одной добавки для покрытия, пигмента и/или наполнителя, где масс.% рассчитывают относительно общей массы композиции порошкового покрытия, и при этом перенос путем нагревания осуществляют в интервале температур от 160°С до 220°C. Техническими результатами изобретения являются создание поверхности покрытой подложки с долговечным декорированием на ней и дополнительно с очень хорошим противодействием граффити в течение длительного периода времени, высокая долговечность наружной поверхности и устойчивость к химическим воздействиям. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 пр., 2 табл.
Наверх