基本信息
- 項目名稱：
- 模具型腔激光三維蝕紋機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品將三軸動態(tài)激光加工技術(shù)引入模具行業(yè)，利用激光對模具金屬表面進行蝕刻的原理，對模具表面進行蝕紋加工。作品對激光三維動態(tài)調(diào)焦機理與紋理曲面映射算法進行研究，設(shè)計基于激光二維掃描系統(tǒng)的振鏡式激光三維掃描系統(tǒng)，并針對模具型腔蝕紋進行了三維圖形分層掃描算法研究。這一作品的難點和關(guān)鍵問題是三軸動態(tài)調(diào)焦機理、紋理曲面映射算法及模具型腔激光三維蝕紋軟、硬件設(shè)計。
- 詳細介紹：
- 目前傳統(tǒng)的模具蝕紋方法普遍存在加工周期長，污染嚴重的缺點。本作品將三軸動態(tài)激光加工技術(shù)引入模具行業(yè)，利用激光對模具金屬表面進行蝕刻的原理，對模具表面進行蝕紋加工。但模具型腔具有復雜的三維結(jié)構(gòu)，采用通常的激光平面加工很難實現(xiàn)。作品對激光三維動態(tài)調(diào)焦機理與紋理曲面映射算法進行研究，設(shè)計基于激光二維掃描系統(tǒng)的振鏡式激光三維掃描系統(tǒng)，并針對模具型腔蝕紋進行了三維圖形分層掃描算法研究。這一作品的難點和關(guān)鍵問題是三軸動態(tài)調(diào)焦機理、紋理曲面映射算法及模具型腔激光三維蝕紋軟、硬件設(shè)計。 設(shè)計和發(fā)明本作品，能對塑料模具的型腔表面進行指定紋理的激光蝕刻，在環(huán)境保護、加工效率和加工成本方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的化學蝕紋加工工藝，從根本上杜絕化學蝕紋企業(yè)的偷排現(xiàn)象，實現(xiàn)模具蝕紋加工工藝的“零排放”?！? 已完成的作品科技內(nèi)容如下： 1）二維蝕紋圖案數(shù)據(jù)庫的建立。2）紋理映射算法研究。3）三維動態(tài)激光加工平臺研發(fā)。4）三維動態(tài)激光加工系統(tǒng)硬件設(shè)計。5）三維動態(tài)激光加工系統(tǒng)控制算法研究和軟件規(guī)劃與實現(xiàn)。6）模具蝕刻加工工藝規(guī)劃。7）基于搭建的三維動態(tài)激光加工平臺，進行激光蝕紋DOE加工參數(shù)的優(yōu)化。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 一、作品設(shè)計目的： 日常生活中大量使用塑料零件，而許多塑料零件因表面裝飾有各類形狀和圖案的紋理，能滿足視覺要求，顯得高雅和美觀。設(shè)計和發(fā)明本作品，能對塑料模具的型腔表面進行指定紋理的激光蝕刻，在環(huán)境保護、加工效率和加工成本方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的化學蝕紋加工工藝，從根本上杜絕化學蝕紋企業(yè)的偷排現(xiàn)象，實現(xiàn)模具蝕紋加工工藝的“零排放”。 二、作品技術(shù)路線和創(chuàng)新點 通過對模具型腔異形曲面識別，使三維振鏡通過識別紋理映射后的模具異形曲面的軟件控制，對被加工表面實現(xiàn)三維動態(tài)的調(diào)焦并進行激光蝕刻。我們參賽學生利用生產(chǎn)實訓、畢業(yè)設(shè)計以及其他課外時間參與了該作品的研究和開發(fā)，涉及到激光蝕紋圖案數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、DOE激光加工參數(shù)的優(yōu)化、三維振鏡軟硬件的設(shè)計以及整機樣機的調(diào)試等工作?！ ”卷椖康闹饕獎?chuàng)新點在于：(1) 建立蝕紋圖案數(shù)據(jù)庫；(2) 豐富和擴充計算機圖形學中現(xiàn)有的紋理映射技術(shù)，將其應用在模具激光蝕紋行業(yè)；(3) 三維動態(tài)激光加工硬件設(shè)計；(4) 三維振鏡控制算法和三軸動態(tài)激光加工系統(tǒng)軟件規(guī)劃與實現(xiàn)；(5) 基于搭建的三軸動態(tài)激光加工平臺的模具蝕刻工藝調(diào)試；(6) 利用市場經(jīng)濟的力量，取代傳統(tǒng)的污染嚴重的化學蝕紋企業(yè)，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
科學性、先進性
- 模具蝕紋的傳統(tǒng)方法是化學腐蝕， 與其相比，模具激光蝕紋表現(xiàn)出巨大的科學性和先進性，具體如下： 1.排污量 如前所述，平均每個化學蝕紋企業(yè)每天“偷排”30公斤100%化學殘液，全省僅此的偷排量達到萬噸。而激光蝕紋技術(shù)依靠物理氣化原理，不產(chǎn)生任何污染物，排污量為“零”！ 2.年電能消耗量 模具激光蝕紋機單機整機耗電功率僅500W, 能耗不及化學蝕紋的3.0%， 節(jié)能效果顯著！ 3.產(chǎn)房面積 我省化學蝕紋企業(yè)平均產(chǎn)房面積在300平方米以上；而普通模具激光蝕紋機單機占地面積僅1-2平方米，特制模具激光蝕紋機（加工大型模具）的占地面積也不超過6-8平方米，在考慮到模具起吊機等設(shè)施，總作業(yè)面積不超過100平方米。 4.加工質(zhì)量 模具激光蝕紋機依靠激光蝕刻，蝕刻的區(qū)域與計算機輸入的圖形格式完全吻合，不存在化學蝕紋常有的“偷蝕”現(xiàn)象。 5.生產(chǎn)效率 化學蝕紋的加工周期通常是3-5天，而模具激光蝕紋機加工小型模具在5分鐘以內(nèi)，大型模具也僅需30-50分鐘。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 樣機
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 深圳信息職業(yè)技術(shù)學院和深圳市海目星激光科技有限公司分別擁有各自開發(fā)的知識產(chǎn)權(quán)。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 一、 適用范圍： 用于塑料模具表面裝飾的各類形狀和圖案的紋理蝕刻，滿足人類視覺要求，如汽車內(nèi)飾件塑料零件表面大量使用皮紋、手機外殼塑料零件使用射紋、家具塑料零件使用樹紋、普通電子產(chǎn)品使用標準紋和其他皮革紋、橘皮紋、木紋、雨花紋、亞光面等裝飾花紋。 三、 市場分析與經(jīng)濟效益： 廣東有3000家以上模具企業(yè)，其中70%以上需要將模具外發(fā)蝕紋加工。通過既定的市場營銷策略，形成一定的作品產(chǎn)品盈利模式，達到公司和客戶的雙贏局面。具體的市場開拓按以下三個階段實現(xiàn)： 第一階段是模具型腔激光三維蝕紋技術(shù)推廣階段。 第二階段是模具型腔激光三維蝕紋技術(shù)應用相對普及階段。 第三階段是模具型腔激光三維蝕紋技術(shù)全面應用。 本作品模具型腔激光三維蝕紋機未來的發(fā)展趨勢，是進一步完善3D紋理映射算法和三維振鏡的軟硬件設(shè)計，在此基礎(chǔ)上，將三維激光雕刻、三維激光標記整合捆綁，實現(xiàn)激光三維綜合加工。
同類課題研究水平概述
- 近年來國內(nèi)外學者從金屬激光毛化現(xiàn)象中獲得啟發(fā)，開始了模具型腔表面激光處理的研究和設(shè)備開發(fā)工作。 芬蘭VVT技術(shù)研究中心的Pantsar, H.和Ruusu, R.等人，于2006年開始進行了激光技術(shù)對塑料注塑模具進行蝕紋工藝的開發(fā)，其側(cè)重點在于紋理圖案由2D圖形向適應模具曲面的3D形狀轉(zhuǎn)變算法的研究。但芬蘭VVT技術(shù)研究中心僅將此技術(shù)成果轉(zhuǎn)讓給了其合作伙伴，目前此類產(chǎn)品還沒有上市。 瑞士阿奇-夏米爾（Agie-Charmilles）公司在去年推出了+GF+ Laser500等系列激光蝕紋機床。該機器在五軸數(shù)控機床的基礎(chǔ)上，將激光光學組件（含激光發(fā)生器）安裝在機床原刀具的位置，將激光當作刀具，使用數(shù)控機床的加工程序控制激光軌跡，達到激光加工金屬零件的目的。該機器能實現(xiàn)對包括模具在內(nèi)的金屬表面進行蝕紋、雕刻和標簽與文字打標等二維和三維加工，工作區(qū)域和原數(shù)控機床相同，但其機器售價太高，動輒幾百萬元，國內(nèi)模具企業(yè)寧愿外發(fā)給家庭式作坊式的化學蝕紋企業(yè)蝕紋處理，也不愿購買此類昂貴的機器。 本作品申報書的附件“查新報告”顯示，國內(nèi)目前尚沒有機構(gòu)或個人開展模具型腔激光蝕紋技術(shù)的研究和開發(fā)。但國內(nèi)與此略有類似的研究工作主要集中在三維激光打標的開發(fā)，如深圳泰德激光科技有限公司于近期開展的三維動態(tài)變焦激光標記系統(tǒng)的研究，主要用于零件的三維動態(tài)打標，該公司已經(jīng)將此作品申報了2010年深圳市科技研發(fā)資金一般作品，2011年1月14日，深圳市科技工貿(mào)和信息化委員會在其網(wǎng)站對該作品進行了資助公示；天津大學精密儀器與光電子工程學院光電信息技術(shù)科學教育部重點實驗室許寶忠博士和劉鐵根教授等人，采用動態(tài)調(diào)焦三軸光束控制技術(shù)。分析了動態(tài)擴束調(diào)焦的原理,從離焦量與像場腰斑位置和大小的關(guān)系確定了調(diào)焦范圍，給出了動態(tài)擴束聚焦鏡的設(shè)計方法。將動態(tài)聚焦鏡與X , Y 方向掃描振鏡一起搭建了三維激光標刻系統(tǒng)，在自由曲面上的標刻實驗驗證了系統(tǒng)的可行性，這種標記方式同樣適用于其他二維平面的加工。
