RU2284887C1 - Method for forming relief on surface of products - Google Patents
Method for forming relief on surface of products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284887C1 RU2284887C1 RU2005102114/02A RU2005102114A RU2284887C1 RU 2284887 C1 RU2284887 C1 RU 2284887C1 RU 2005102114/02 A RU2005102114/02 A RU 2005102114/02A RU 2005102114 A RU2005102114 A RU 2005102114A RU 2284887 C1 RU2284887 C1 RU 2284887C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- relief
- substrate
- product
- products
- processed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к обработке деталей концентрированным потоком энергии, в частности лазерным лучом, и может быть использовано в любой области техники, применяющей изделия с микрорельефом на поверхности, в частности в производстве изделий электронной техники.The proposed solution relates to the processing of parts by a concentrated flow of energy, in particular a laser beam, and can be used in any technical field that uses products with a microrelief on the surface, in particular in the manufacture of electronic products.
Известны различные способы формирования на поверхности различных изделий элементов и отверстий с помощью лазерного излучения, в частности [1]. Сущность известного способа заключается в том, что пространство между элементами поверхности заданной конфигурации условно разделяют на две зоны - поверхностную и глубинную. Затем сфокусированный лазерный луч направляют на обрабатываемую поверхность изделия и осуществляют сканирование по обрабатываемой поверхности для получения заданного контура. Для удаления из поверхностной зоны пространства между выпуклыми элементами всего материала сканирование повторяют несколько раз.There are various methods of forming on the surface of various products of elements and holes using laser radiation, in particular [1]. The essence of the known method lies in the fact that the space between the surface elements of a given configuration is conventionally divided into two zones - surface and deep. Then, the focused laser beam is directed onto the workpiece surface of the product and scanning along the workpiece surface is performed to obtain a given contour. To remove from the surface zone the space between the convex elements of the entire material, the scan is repeated several times.
Известен также способ формирования рельефа на поверхности изделия, включающий облучение поверхности изделия лазерным излучением и нагрев до расплавления материала изделия [2]. В известном способе лазерное излучение направляют на ту поверхность изделия, на которой формируют требуемый профиль элемента рисунка. Обработку поверхности изделия проводят путем перемещения сконцентрированного потока лазерного излучения, формируя в заданном месте изделия зоны расплава заданных размеров и конфигурации.There is also known a method of forming a relief on the surface of the product, including irradiating the surface of the product with laser radiation and heating to melt the material of the product [2]. In the known method, laser radiation is directed to that surface of the product on which the desired profile of the pattern element is formed. The surface treatment of the product is carried out by moving a concentrated stream of laser radiation, forming in a given location of the product melt zones of a given size and configuration.
При формировании рельефа известными способами [1] и [2] требуется повторение процедуры перемещения сконцентрированного потока лазерного излучения по обрабатываемой поверхности, что ограничивает их производительность. Кроме того, известные способы могут быть использованы только для получения заданной конфигурации углублений на поверхности изделий и неприемлемы для формирования выступающих частей рельефа.When forming the relief by known methods [1] and [2], a repetition of the procedure for moving the concentrated laser radiation flux over the treated surface is required, which limits their productivity. In addition, the known methods can only be used to obtain a given configuration of the recesses on the surface of the products and are unacceptable for the formation of the protruding parts of the relief.
Задачей создания предлагаемого способа формирования рельефа на поверхности изделий является расширение его технологических возможностей при одновременном повышении производительности.The task of creating the proposed method of forming a relief on the surface of products is to expand its technological capabilities while increasing productivity.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе формирования рельефа на поверхности изделия, включающем облучение поверхности изделия лазерным излучением и нагрев до расплавления материала изделия, со стороны формируемого рельефа устанавливают подложку на расстоянии L≤10 h от поверхности изделия, где h - толщина обрабатываемого изделия, облучение осуществляют со стороны, противоположной той, на которой формируют рельеф, а в процессе нагрева обрабатываемого изделия проплавляют его на всю толщину и перемещают расплавленный материал в сторону подложки.The problem is solved due to the fact that in the method of forming a relief on the surface of the product, including irradiating the surface of the product with laser radiation and heating to melt the material of the product, a substrate is installed on the side of the formed relief at a distance L≤10 h from the surface of the product, where h is the thickness of the processed products, irradiation is carried out from the side opposite to the one on which the relief is formed, and in the process of heating the workpiece, it is melted to the entire thickness and the molten material is moved ial towards the substrate.
Подложка может быть выполнена из порошкового материала.The substrate may be made of powder material.
После окончания процесса формирования рельефа подложка может быть удалена.After completion of the relief formation process, the substrate can be removed.
При облучении обрабатываемого изделия лазерным излучением над поверхностью изделия со стороны облучения образуется плазма в смеси паров обрабатываемого материала и окружающего газа (в частности, воздуха), которая оказывает внешнее давление на образующийся в зоне обработки расплавленный материал. При условии, что обрабатываемое изделие проплавляют на всю его толщину, расплавленный материал под действием этого давления перемещается наружу по отношению к поверхности, противоположной той, на которую направляют лазерное излучение, а по окончании воздействия лазерного излучение расплавленный материал втягивается силами поверхностного натяжения обратно в зону обработки. Однако, если со стороны, противоположной той, на которую направлено лазерное излучение, на расстоянии L≤10 h по отношению к обрабатываемому материалу установить подложку и нагреть обрабатываемый материал концентрированным потоком энергии до перемещения всего объема расплавленного материала в сторону подложки, процесс затвердевания перемещенного наружу материала за счет передачи тепла подложке происходит быстрее, чем процесс втягивания его в зону обработки силами поверхностного натяжения. Таким образом, материал затвердевает в форме выступов, образующих рельеф.When a workpiece is irradiated with laser radiation above the surface of the product from the side of irradiation, a plasma is formed in a mixture of vapor of the processed material and the surrounding gas (in particular air), which exerts external pressure on the molten material formed in the treatment zone. Provided that the workpiece is melted to its entire thickness, the molten material moves outward under this pressure relative to the surface opposite to the one onto which the laser radiation is directed, and at the end of the laser radiation, the molten material is pulled back by surface tension forces into the processing zone . However, if from the side opposite to the one on which the laser radiation is directed, at a distance L≤10 h in relation to the material being processed, a substrate is installed and the material to be treated with a concentrated energy flow until the entire volume of the molten material moves towards the substrate, the solidification process of the outwardly displaced material due to heat transfer to the substrate, it occurs faster than the process of drawing it into the treatment zone by surface tension forces. Thus, the material hardens in the form of protrusions forming a relief.
Экспериментально установлено, что при L>10 h процесс передачи тепла подложке малоэффективен и получить требуемый эффект не удается даже при значительном увеличении энергии импульса.It was experimentally established that at L> 10 h, the process of heat transfer to the substrate is ineffective and it is not possible to obtain the desired effect even with a significant increase in the pulse energy.
Параметры рельефа, полученного предлагаемым способом, зависят от параметров излучения. В частности, площадь поперечного сечения выступающих частей определяется фокусировкой, а высота - энергией и длительностью импульса лазерного излучения.The parameters of the relief obtained by the proposed method depend on the radiation parameters. In particular, the cross-sectional area of the protruding parts is determined by focusing, and the height is determined by the energy and duration of the laser pulse.
В зависимости от необходимости решения конкретной технической задачи расстояние между обрабатываемым материалом и подложкой может быть выбрано таким образом, что либо будет обеспечиваться прилипание элементов сформированного рельефа к подложке (т.е. фактически сварка рельефа и подложки с образованием, например, объемной решетки), либо после окончания процесса подложка может быть удалена.Depending on the need to solve a specific technical problem, the distance between the material to be processed and the substrate can be chosen in such a way that either the elements of the formed relief adhere to the substrate (i.e., in fact, the relief and substrate are welded to form, for example, a volume grating), or after the process is complete, the substrate can be removed.
Применение подложки из порошкового материала при проведении процесса формирования рельефа позволяет в еще большей степени расширить технологические возможности предлагаемого способа. Это объясняется тем, что элементы формируемого рельефа затвердевают, проникая в порошковый материал и взаимодействуя с ним. Порошковый материал сорбируется поверхностью расплава, придавая полученному рельефу физико-химические свойства, обусловленные составом порошкового материала.The use of a substrate of powder material during the process of forming a relief allows to further expand the technological capabilities of the proposed method. This is because the elements of the formed relief solidify by penetrating into the powder material and interacting with it. The powder material is sorbed by the surface of the melt, giving the resulting relief physico-chemical properties due to the composition of the powder material.
Формирование одного элемента рельефа может быть осуществлено в течение одного импульса, т.е. в целом производительность предлагаемого способа определяется частотой следования импульсов лазерного излучения. Реализация предлагаемого способа путем подачи двух импульсов, аналогично реализации известного способа [2], возможна, но не обязательна. Т.е. производительность предлагаемого способа по сравнению с известным [2] выше и определяется частотой следования импульсов лазерного излучения.The formation of one element of the relief can be carried out within one pulse, i.e. in General, the performance of the proposed method is determined by the pulse repetition rate of the laser radiation. The implementation of the proposed method by applying two pulses, similar to the implementation of the known method [2], is possible, but not required. Those. the performance of the proposed method in comparison with the known [2] above and is determined by the pulse repetition rate of the laser radiation.
В случае применения предлагаемого способа в условиях серийного производства процесс может быть автоматизирован и регулироваться с помощью ЭВМ.In the case of applying the proposed method in the conditions of mass production, the process can be automated and regulated using a computer.
Предлагаемый способ был опробован при формировании рельефа на пластине из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т длиной 30 мм, шириной 30 мм, толщиной 0,3 мм. Формирование рельефа осуществлялось импульсным излучением AIG-лазера. Длительность импульса составляла 5÷10 мс, энергия импульса 5-9 Дж. Излучение фокусировалось на поверхности обрабатываемого материала с помощью фокусирующей системы с фокусным расстоянием 50 мм. Была использована подложка также из стали 12Х18Н10Т. Расстояние между пластиной и подложкой изменялось в диапазоне от 0,3 до 3 мм. Во всем указанном диапазоне расстояний был получен рельеф в форме иголок. При увеличении указанного расстояния L свыше величины, равной 10 h, не удавалось получить рельеф даже при значительном увеличении энергии и длительности импульса.The proposed method was tested when forming a relief on a plate made of stainless steel 12X18H10T 30 mm long, 30 mm wide, 0.3 mm thick. The relief was formed by pulsed radiation from an AIG laser. The pulse duration was 5–10 ms, and the pulse energy was 5–9 J. The radiation was focused on the surface of the processed material using a focusing system with a focal length of 50 mm. A substrate was also used from steel 12X18H10T. The distance between the plate and the substrate ranged from 0.3 to 3 mm. Over the entire specified range of distances, a relief in the form of needles was obtained. With an increase in the indicated distance L over a value equal to 10 h, it was not possible to obtain a relief even with a significant increase in energy and pulse duration.
Кроме того, предлагаемый способ был опробован с использованием того же оборудования, материалов и размеров изделия, из материала которого формировался рельеф, и подложки из порошкового материала, состоящего из смеси хрома с кобальтом. Изделие, из материала которого формировался рельеф, размещалось на поверхности порошкового материала. Процесс проводился при тех же режимах. После удаления подложки из порошкового материала также был получен рельеф в форме иголок, сформированных из материала пластины, легированных хромом и кобальтом.In addition, the proposed method was tested using the same equipment, materials and dimensions of the product, the material of which the relief was formed, and the substrate of a powder material consisting of a mixture of chromium with cobalt. The product, from the material of which the relief was formed, was placed on the surface of the powder material. The process was carried out under the same conditions. After removing the substrate from the powder material, a relief was also obtained in the form of needles formed from plate material doped with chromium and cobalt.
Предлагаемый способ может быть использован для получения изделий различного назначения, например:The proposed method can be used to obtain products for various purposes, for example:
а) автоэмиссионные катоды с заданными свойствами, обусловленными использованием различных порошковых материалов;a) field emission cathodes with desired properties due to the use of various powder materials;
б) фильтры с катализаторами;b) filters with catalysts;
в) фильтры сложных конфигураций;c) filters of complex configurations;
г) любые решетчатые структуры, в частности многослойные решетчатыеd) any lattice structures, in particular multilayer lattice
структуры из различных материалов.structures of various materials.
Источники информацииInformation sources
1. Патент Российской Федерации №2080971, заявл. 01.06.1994, опубл. 10.06.1997, МПК 6 В 23 К 26/00. «Способ лазерного гравирования»1. Patent of the Russian Federation No. 2080971, the application. 06/01/1994, publ. 06/10/1997, IPC 6 V 23 K 26/00. "The method of laser engraving"
2. Заявка на изобретение №2003101785, заявл. 22.01.2003, опубл. 27.07.2004, МПК 7 В 23 К 26/18. «Способ формирования микрорельефа поверхности изделий и устройство для его осуществления» - прототип.2. Application for invention No. 2003101785, the application. 01/22/2003, publ. 07.27.2004, IPC 7 V 23 K 26/18. "A method of forming a microrelief of the surface of products and a device for its implementation" - prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005102114/02A RU2284887C1 (en) | 2005-01-21 | 2005-01-21 | Method for forming relief on surface of products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005102114/02A RU2284887C1 (en) | 2005-01-21 | 2005-01-21 | Method for forming relief on surface of products |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005102114A RU2005102114A (en) | 2006-07-20 |
RU2284887C1 true RU2284887C1 (en) | 2006-10-10 |
Family
ID=37028173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005102114/02A RU2284887C1 (en) | 2005-01-21 | 2005-01-21 | Method for forming relief on surface of products |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2284887C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444543C2 (en) * | 2010-06-09 | 2012-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет печати | Heat-sensitive polymer material for printing |
RU2456144C2 (en) * | 2010-08-05 | 2012-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method of forming rail head profile |
RU2613054C1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-03-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Method of forming thin-film pattern on substrate |
RU2764777C1 (en) * | 2021-01-26 | 2022-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Method for treating the surface of a non-ferrous metal by forming a microrelief |
-
2005
- 2005-01-21 RU RU2005102114/02A patent/RU2284887C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444543C2 (en) * | 2010-06-09 | 2012-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет печати | Heat-sensitive polymer material for printing |
RU2456144C2 (en) * | 2010-08-05 | 2012-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method of forming rail head profile |
RU2613054C1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-03-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Method of forming thin-film pattern on substrate |
RU2764777C1 (en) * | 2021-01-26 | 2022-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Method for treating the surface of a non-ferrous metal by forming a microrelief |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005102114A (en) | 2006-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI300372B (en) | Laser machining apparatus and method of adjusting the same | |
US10427247B2 (en) | Additive layer manufacturing | |
EP2768626B1 (en) | Method and device for producing a structured surface on a steel embossing roller | |
EP1387734B1 (en) | Surface modification | |
EP3313605B1 (en) | Method of laser blackening of a surface, wherein the laser has a specific power density and a specific pulse duration | |
KR100650118B1 (en) | Contour Forming Of Metals By Laser Peening | |
EP2189237B1 (en) | Method for processing material with energy-rich irradiation | |
EP3335826A1 (en) | Laser based hole formation and etching of transparent materials | |
JP4465429B2 (en) | Laser processing method | |
EP1896217B1 (en) | Method of manufacturing metrological phase scale without substantial removal of material | |
RU2284887C1 (en) | Method for forming relief on surface of products | |
DE102012003202A1 (en) | Device useful for processing workpieces, preferably blades by wet laser, comprises a base, machining unit movably mounted on base, which carries wet laser unit, and workpiece support, where wet laser unit comprises e.g. laser beam source | |
DE102017009688A1 (en) | Method for turning workpieces and apparatus, in particular for carrying out such a method | |
DE68906793T2 (en) | A METHOD FOR MICRO-MACHINING THE SURFACE OF A WORKPIECE USING A LASER BEAM. | |
EP1331084B1 (en) | Process for shaping micro and nano structures | |
DE102007008653A1 (en) | Workpiece i.e. sheet-metal board, cutting method, involves subjecting deformation zone of local pre-heating unit limited on section or contour line with optical or electromagnetic radiation, before deformation of workpiece | |
KR102459645B1 (en) | Micro processing apparatus and method using laser | |
JP2009154163A (en) | Method of forming metal plate by utilizing impulse wave by irradiation of ultra-short pulse laser | |
EP3854515A1 (en) | Method for processing brittle materials | |
RU2248266C2 (en) | Method of forming microrelief of article surfaces | |
RU2684176C2 (en) | Method of laser hardening of parts surface | |
DE102012202060A1 (en) | Apparatus and method for material processing | |
RU2709888C1 (en) | Method of forming microchannels on substrates and device for its implementation | |
WO2006093017A1 (en) | Material treatment method by laser ablation and material treated by the treatment method | |
Gora et al. | Laser polishing of additively manufactured CoCr and TI6AL4V parts and subsequent stress relieving |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080122 |