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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 模具型腔激光三維蝕紋機(jī)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品將三軸動(dòng)態(tài)激光加工技術(shù)引入模具行業(yè)，利用激光對(duì)模具金屬表面進(jìn)行蝕刻的原理，對(duì)模具表面進(jìn)行蝕紋加工。作品對(duì)激光三維動(dòng)態(tài)調(diào)焦機(jī)理與紋理曲面映射算法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)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(duì)模具型腔蝕紋進(jìn)行了三維圖形分層掃描算法研究。這一作品的難點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題是三軸動(dòng)態(tài)調(diào)焦機(jī)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(jì)。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前傳統(tǒng)的模具蝕紋方法普遍存在加工周期長(zhǎng)，污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)。本作品將三軸動(dòng)態(tài)激光加工技術(shù)引入模具行業(yè)，利用激光對(duì)模具金屬表面進(jìn)行蝕刻的原理，對(duì)模具表面進(jìn)行蝕紋加工。但模具型腔具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，采用通常的激光平面加工很難實(shí)現(xiàn)。作品對(duì)激光三維動(dòng)態(tài)調(diào)焦機(jī)理與紋理曲面映射算法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)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(duì)模具型腔蝕紋進(jìn)行了三維圖形分層掃描算法研究。這一作品的難點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題是三軸動(dòng)態(tài)調(diào)焦機(jī)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(jì)。 設(shè)計(jì)和發(fā)明本作品，能對(duì)塑料模具的型腔表面進(jìn)行指定紋理的激光蝕刻，在環(huán)境保護(hù)、加工效率和加工成本方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)蝕紋加工工藝，從根本上杜絕化學(xué)蝕紋企業(yè)的偷排現(xiàn)象，實(shí)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(kù)的建立。2）紋理映射算法研究。3）三維動(dòng)態(tài)激光加工平臺(tái)研發(fā)。4）三維動(dòng)態(tài)激光加工系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。5）三維動(dòng)態(tài)激光加工系統(tǒng)控制算法研究和軟件規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)。6）模具蝕刻加工工藝規(guī)劃。7）基于搭建的三維動(dòng)態(tài)激光加工平臺(tái)，進(jìn)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(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、作品設(shè)計(jì)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(jué)要求，顯得高雅和美觀。設(shè)計(jì)和發(fā)明本作品，能對(duì)塑料模具的型腔表面進(jìn)行指定紋理的激光蝕刻，在環(huán)境保護(hù)、加工效率和加工成本方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)蝕紋加工工藝，從根本上杜絕化學(xué)蝕紋企業(yè)的偷排現(xiàn)象，實(shí)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(diǎn) 通過(guò)對(duì)模具型腔異形曲面識(shí)別，使三維振鏡通過(guò)識(shí)別紋理映射后的模具異形曲面的軟件控制，對(duì)被加工表面實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)的調(diào)焦并進(jìn)行激光蝕刻。我們參賽學(xué)生利用生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及其他課外時(shí)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(kù)的設(shè)計(jì)、DOE激光加工參數(shù)的優(yōu)化、三維振鏡軟硬件的設(shè)計(jì)以及整機(jī)樣機(jī)的調(diào)試等工作?！ ”卷?xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：(1) 建立蝕紋圖案數(shù)據(jù)庫(kù)；(2) 豐富和擴(kuò)充計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中現(xiàn)有的紋理映射技術(shù)，將其應(yīng)用在模具激光蝕紋行業(yè)；(3) 三維動(dòng)態(tài)激光加工硬件設(shè)計(jì)；(4) 三維振鏡控制算法和三軸動(dòng)態(tài)激光加工系統(tǒng)軟件規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)；(5) 基于搭建的三軸動(dòng)態(tài)激光加工平臺(tái)的模具蝕刻工藝調(diào)試；(6) 利用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的力量，取代傳統(tǒng)的污染嚴(yán)重的化學(xué)蝕紋企業(yè)，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 模具蝕紋的傳統(tǒng)方法是化學(xué)腐蝕， 與其相比，模具激光蝕紋表現(xiàn)出巨大的科學(xué)性和先進(jìn)性，具體如下： 1.排污量 如前所述，平均每個(gè)化學(xué)蝕紋企業(yè)每天“偷排”30公斤100%化學(xué)殘液，全省僅此的偷排量達(dá)到萬(wàn)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(jī)單機(jī)整機(jī)耗電功率僅500W, 能耗不及化學(xué)蝕紋的3.0%， 節(jié)能效果顯著！ 3.產(chǎn)房面積 我省化學(xué)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(jī)單機(jī)占地面積僅1-2平方米，特制模具激光蝕紋機(jī)（加工大型模具）的占地面積也不超過(guò)6-8平方米，在考慮到模具起吊機(jī)等設(shè)施，總作業(yè)面積不超過(guò)100平方米。 4.加工質(zhì)量 模具激光蝕紋機(jī)依靠激光蝕刻，蝕刻的區(qū)域與計(jì)算機(jī)輸入的圖形格式完全吻合，不存在化學(xué)蝕紋常有的“偷蝕”現(xiàn)象。 5.生產(chǎn)效率 化學(xué)蝕紋的加工周期通常是3-5天，而模具激光蝕紋機(jī)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(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 樣機(jī)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shí)產(chǎn)權(quán)。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；現(xiàn)場(chǎng)演示；樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 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(jué)要求，如汽車內(nèi)飾件塑料零件表面大量使用皮紋、手機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)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(guò)既定的市場(chǎng)營(yíng)銷策略，形成一定的作品產(chǎn)品盈利模式，達(dá)到公司和客戶的雙贏局面。具體的市場(chǎng)開拓按以下三個(gè)階段實(shí)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(yīng)用相對(duì)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(yīng)用。 本作品模具型腔激光三維蝕紋機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，是進(jìn)一步完善3D紋理映射算法和三維振鏡的軟硬件設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，將三維激光雕刻、三維激光標(biāo)記整合捆綁，實(shí)現(xiàn)激光三維綜合加工。
同類課題研究水平概述
- 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)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(jìn)行了激光技術(shù)對(duì)塑料注塑模具進(jìn)行蝕紋工藝的開發(fā)，其側(cè)重點(diǎn)在于紋理圖案由2D圖形向適應(yīng)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(méi)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(jī)床。該機(jī)器在五軸數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，將激光光學(xué)組件（含激光發(fā)生器）安裝在機(jī)床原刀具的位置，將激光當(dāng)作刀具，使用數(shù)控機(jī)床的加工程序控制激光軌跡，達(dá)到激光加工金屬零件的目的。該機(jī)器能實(shí)現(xiàn)對(duì)包括模具在內(nèi)的金屬表面進(jìn)行蝕紋、雕刻和標(biāo)簽與文字打標(biāo)等二維和三維加工，工作區(qū)域和原數(shù)控機(jī)床相同，但其機(jī)器售價(jià)太高，動(dòng)輒幾百萬(wàn)元，國(guó)內(nèi)模具企業(yè)寧愿外發(fā)給家庭式作坊式的化學(xué)蝕紋企業(yè)蝕紋處理，也不愿購(gòu)買此類昂貴的機(jī)器。 本作品申報(bào)書的附件“查新報(bào)告”顯示，國(guó)內(nèi)目前尚沒(méi)有機(jī)構(gòu)或個(gè)人開展模具型腔激光蝕紋技術(shù)的研究和開發(fā)。但國(guó)內(nèi)與此略有類似的研究工作主要集中在三維激光打標(biāo)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(dòng)態(tài)變焦激光標(biāo)記系統(tǒng)的研究，主要用于零件的三維動(dòng)態(tài)打標(biāo)，該公司已經(jīng)將此作品申報(bào)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(huì)在其網(wǎng)站對(duì)該作品進(jìn)行了資助公示；天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院光電信息技術(shù)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室許寶忠博士和劉鐵根教授等人，采用動(dòng)態(tài)調(diào)焦三軸光束控制技術(shù)。分析了動(dòng)態(tài)擴(kuò)束調(diào)焦的原理,從離焦量與像場(chǎng)腰斑位置和大小的關(guān)系確定了調(diào)焦范圍，給出了動(dòng)態(tài)擴(kuò)束聚焦鏡的設(shè)計(jì)方法。將動(dòng)態(tài)聚焦鏡與X , Y 方向掃描振鏡一起搭建了三維激光標(biāo)刻系統(tǒng)，在自由曲面上的標(biāo)刻實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，這種標(biāo)記方式同樣適用于其他二維平面的加工。
