แท่นลอยน้ำแบบไฮโดรสแตติกความแม่นยำสูง: การเปรียบเทียบความลึกของฐานหินแกรนิตความแม่นยำสูงและฐานเหล็กหล่อ

ในการก่อสร้างแท่นลอยน้ำแรงดันคงที่ที่มีความแม่นยำสูง การเลือกฐานรองมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพโดยรวมของแท่น ฐานรองหินแกรนิตที่มีความแม่นยำสูงและฐานรองเหล็กหล่อต่างก็มีลักษณะเฉพาะของตนเอง และมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนในมิติที่สำคัญ เช่น ความเสถียร การรักษาความแม่นยำ ความทนทาน และต้นทุน
ประการแรก ความเสถียร: โครงสร้างที่หนาแน่นตามธรรมชาติและโครงสร้างโลหะ
หลังจากผ่านการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยามานับล้านปี หินแกรนิตได้รวมตัวกับควอตซ์ เฟลด์สปาร์ และแร่ธาตุอื่นๆ อย่างแน่นหนา ก่อให้เกิดโครงสร้างที่หนาแน่นและสม่ำเสมอมาก เมื่อเผชิญกับการรบกวนจากภายนอก เช่น การสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงที่เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์ขนาดใหญ่ในโรงงาน หินแกรนิตสามารถป้องกันและลดทอนการสั่นสะเทือนได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยอาศัยโครงสร้างผลึกที่ซับซ้อน ซึ่งสามารถลดความแรงของการสั่นสะเทือนของแท่นลอยตัวแบบความดันคงที่ที่มีความแม่นยำสูงได้มากกว่า 80% ทำให้แท่นมีความมั่นคงในการทำงานและรับประกันการเคลื่อนที่ที่ราบรื่นในระหว่างการประมวลผลหรือการตรวจจับที่มีความแม่นยำสูง ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีของการผลิตชิปอิเล็กทรอนิกส์ จะช่วยรับประกันการกำหนดลักษณะเฉพาะของลวดลายชิปได้อย่างแม่นยำ
ฐานเหล็กหล่อผลิตจากโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอน โดยมีกราไฟต์กระจายตัวอยู่ภายในในรูปแผ่นหรือทรงกลม แม้ว่าจะมีคุณสมบัติในการลดแรงสั่นสะเทือนได้ในระดับหนึ่ง แต่ความสม่ำเสมอของโครงสร้างไม่ดีเท่าหินแกรนิต เมื่อต้องรับมือกับแรงสั่นสะเทือนที่มีความรุนแรงสูงและต่อเนื่อง ฐานเหล็กหล่อจึงยากที่จะลดการรบกวนจากแรงสั่นสะเทือนให้เหลือระดับต่ำเท่ากับฐานหินแกรนิต ซึ่งอาจนำไปสู่การเบี่ยงเบนเล็กน้อยในการเคลื่อนที่ของแท่นลอยน้ำแรงดันคงที่ที่มีความแม่นยำสูง ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพความแม่นยำของแท่นในการปฏิบัติงานที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ
ประการที่สอง การรักษาความแม่นยำ: ข้อดีโดยธรรมชาติของการขยายตัวต่ำและความท้าทายของการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนของโลหะ
หินแกรนิตเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ต่ำมาก โดยปกติอยู่ที่ 5-7 ×10⁻⁶/℃ ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิผันผวน ขนาดของฐานหินแกรนิตที่มีความแม่นยำสูงจะเปลี่ยนแปลงน้อยมาก ในด้านดาราศาสตร์ แพลตฟอร์มลอยตัวด้วยอากาศแบบไฮโดรสแตติกที่มีความแม่นยำสูงสำหรับการปรับแต่งเลนส์กล้องโทรทัศน์อย่างละเอียดนั้น เมื่อใช้ร่วมกับฐานหินแกรนิต แม้ว่าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืนจะมาก ก็สามารถรับประกันได้ว่าความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของเลนส์จะคงอยู่ที่ระดับต่ำกว่าไมครอน ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถบันทึกพลวัตที่ละเอียดอ่อนของวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ไกลออกไปได้
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเหล็กหล่อค่อนข้างสูง โดยทั่วไปอยู่ที่ 10-20 ×10⁻⁶/℃ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ขนาดของฐานเหล็กหล่อจะเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งอาจทำให้เกิดการเสียรูปทางความร้อนของแท่นลอยแรงดันอากาศแบบคงที่ที่มีความแม่นยำสูง ส่งผลให้ความแม่นยำในการเคลื่อนที่ของแท่นลดลง ในกระบวนการเจียรเลนส์ออปติคอลที่ไวต่ออุณหภูมิ การเสียรูปของฐานเหล็กหล่อภายใต้ผลกระทบของอุณหภูมิอาจทำให้ความแม่นยำในการเจียรเลนส์เบี่ยงเบนไปจากช่วงที่ยอมรับได้และส่งผลกระทบต่อคุณภาพของเลนส์
ประการที่สาม ความทนทาน: ความแข็งสูงของหินธรรมชาติและความล้าของโลหะ
หินแกรนิตมีความแข็งสูง โดยมีค่าความแข็งตามมาตราโมห์อยู่ที่ 6-7 และทนต่อการสึกหรอได้ดี ในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์วัสดุ แท่นลอยแรงดันคงที่ที่มีความแม่นยำสูงซึ่งใช้งานบ่อยนั้น ฐานหินแกรนิตสามารถต้านทานการสูญเสียจากการเสียดสีในระยะยาวได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเทียบกับฐานทั่วไป สามารถยืดอายุการใช้งานของแท่นได้มากกว่า 50% ลดต้นทุนการบำรุงรักษาอุปกรณ์ และรับประกันความต่อเนื่องของงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม วัสดุหินแกรนิตค่อนข้างเปราะ และมีความเสี่ยงที่จะแตกหักเมื่อถูกกระแทกโดยไม่ตั้งใจ
ฐานเหล็กหล่อมีความเหนียวในระดับหนึ่งและไม่แตกหักง่ายเมื่อรับแรงกระแทกในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการเคลื่อนที่แบบไปกลับความถี่สูงของแท่นลอยน้ำแรงดันคงที่ที่มีความแม่นยำสูงเป็นเวลานาน เหล็กหล่อมีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายจากความล้า ส่งผลให้โครงสร้างภายในเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลต่อความแม่นยำและความเสถียรในการเคลื่อนที่ของแท่น นอกจากนี้ เหล็กหล่อยังมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมและการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่ชื้น ทำให้ความทนทานลดลง ในทางตรงกันข้าม ฐานหินแกรนิตมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่า
ประการที่สี่ ต้นทุนการผลิตและความยากลำบากในการแปรรูป: ความท้าทายในการทำเหมืองหินธรรมชาติและการแปรรูป รวมถึงเกณฑ์ขั้นต่ำของกระบวนการหล่อโลหะ
การขุดและการขนส่งวัตถุดิบหินแกรนิตมีความซับซ้อน และกระบวนการแปรรูปต้องใช้อุปกรณ์และเทคโนโลยีขั้นสูงมาก เนื่องจากหินแกรนิตมีความแข็งสูงและเปราะ การตัด การเจียร การขัดเงา และกระบวนการอื่นๆ จึงมีแนวโน้มที่จะแตกหัก มีเศษวัสดุเหลือทิ้งจำนวนมาก ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตสูง
ฐานเหล็กหล่อผลิตด้วยกระบวนการหล่อที่พัฒนาแล้ว มีแหล่งวัตถุดิบที่หลากหลาย และต้นทุนค่อนข้างต่ำ การใช้แม่พิมพ์ช่วยให้สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก มีประสิทธิภาพการผลิตสูง อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ความแม่นยำและความเสถียรสูงเช่นเดียวกับฐานหินแกรนิต กระบวนการหล่อและกระบวนการหลังการหล่อจะต้องมีความเข้มงวดอย่างมาก ต้องมีการกลึงที่แม่นยำและการอบชุบความร้อน ฯลฯ และต้นทุนก็จะสูงขึ้นอย่างมากเช่นกัน
โดยสรุปแล้ว ฐานหินแกรนิตที่มีความแม่นยำสูงมีข้อดีอย่างมากในสถานการณ์การใช้งานของแท่นลอยอากาศแรงดันคงที่ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งต้องการความแม่นยำ ความเสถียร และความทนทานต่อการสึกหรอ ในขณะที่ฐานเหล็กหล่อมีข้อดีบางประการในด้านต้นทุนและความเหนียว และเหมาะสำหรับกรณีที่ความต้องการความแม่นยำค่อนข้างต่ำ การแสวงหาความคุ้มค่า และสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนและอุณหภูมิค่อนข้างคงที่