[發(fā)明專利]一種木材制品表面火花放電分形雕刻方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010428678.5
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN111703245B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金天;胡依山;李釩
• 申請（專利權(quán)）人: 金天
• 主分類號(hào): B44C1/22
• 分類號(hào): B44C1/22;B27M1/06
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發(fā)明涉及一種木材制品表面火花放電分形雕刻方法，以高頻交變電壓在被雕刻物表面上引發(fā)和維持表面火花放電，能夠令被雕刻物上表面火花放電連續(xù)蔓延且方向可控，避免閃絡(luò)放電對被雕刻物的損壞，保護(hù)被雕刻物的原本外形，并解決交變條件下用于分形雕刻的表面火花放電的限制或缺陷。通過本發(fā)明所得溝槽是類似樹枝或珊瑚的隨機(jī)分形紋理，所得分形紋理是受控條件下表面火花放電的雕刻結(jié)果。本發(fā)明所得分形紋理樣式可控，用于木材制品的修飾或木質(zhì)工藝品的制作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及木材制品表面修飾技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種表面火花放電分形雕刻的方法。

背景技術(shù)

當(dāng)被導(dǎo)電液體或雕刻液透入的木材制品表面上被施以高電壓時(shí)，如果發(fā)生類似樹枝狀蔓延發(fā)展的表面火花放電，在木材制品表面將留下具分形特點(diǎn)的炭化軌跡，蔓延方向取決于電勢梯度方向，去除疏松炭化物后所得細(xì)節(jié)隨機(jī)分布的溝槽和裂縫，呈現(xiàn)為類似樹枝或珊瑚的隨機(jī)分形紋理。交變條件下表面火花放電對獲取上述分形紋理具較強(qiáng)潛力，原因是交變電壓獲取容易，較直流電壓條件更易引發(fā)和維持表面火花放電，不會(huì)因電解釋放有毒氣體，可開發(fā)為木材制品表面的分形雕刻工藝，然而交變電壓條件下的限制或缺陷限制了工藝開發(fā)。

在原理方面，表面火花放電是點(diǎn)狀分布的微電弧，微電弧制造很高的溫度梯度和電勢梯度，交變電壓條件下主要發(fā)生被雕刻物的化，和透入被雕刻物導(dǎo)電液體的局部劇烈熱分解、揮發(fā)、沸騰和升華。如果釋放氣體產(chǎn)物易被電離而導(dǎo)電性較好，放電將轉(zhuǎn)而發(fā)生在被雕刻物表層氣氛內(nèi)，閃絡(luò)放電開始，繼而出現(xiàn)正反饋：電弧直接對導(dǎo)電液體放電—導(dǎo)電液體局部暴沸、飛濺和干結(jié)而失去導(dǎo)電性—電弧在被雕刻物上掃動(dòng)—被雕刻物受強(qiáng)熱釋放可燃?xì)怏w—被雕刻物在電弧與火焰作用下成片炭化—炭化物溫度升高電阻降低—電流通過炭化物—電弧得以向另一個(gè)電極方向移動(dòng)—電弧直接對導(dǎo)電液體放電。即表面火花放電轉(zhuǎn)變?yōu)殚W絡(luò)放電的情況且難以逆轉(zhuǎn)，被雕刻物被局部炭化導(dǎo)致工藝失敗。

在過程方面，從被導(dǎo)電液體透入的雕刻物上接入高電壓，到發(fā)生表面火花放電開始蔓延的一小段時(shí)間內(nèi)為啟動(dòng)階段，其具體過程為：電極附近導(dǎo)電液體因電流密度較大而在電阻熱下逐漸濃縮—濃縮處導(dǎo)電液體電阻逐漸升高而發(fā)熱加劇—該處導(dǎo)電液體干結(jié)而形成窄的絕緣壁壘即干燥帶—表面火花放電起始于干燥帶上場強(qiáng)集中的數(shù)個(gè)點(diǎn)。然而這些點(diǎn)的溫度梯度可達(dá)每毫米數(shù)百至上千攝氏度，易導(dǎo)致放電點(diǎn)附近導(dǎo)電液體立即飛濺和干結(jié)，干結(jié)物覆蓋電極與附近被雕刻物，電極與導(dǎo)電液體間的干燥帶過于迅速的建立，在高電壓下出現(xiàn)電極和較遠(yuǎn)導(dǎo)電液體之間的弧光放電，閃絡(luò)放電開始，結(jié)合上一段可知工藝失敗。

可控性方面。當(dāng)表面火花放電發(fā)生自電極處，人為改變電極位置才能改變被雕刻物表面電勢梯度方向，從而控制表面火花放電蔓延方向。結(jié)合上一段，如果電極之間的待雕刻位置上形成非預(yù)期的干燥帶，由啟動(dòng)階段機(jī)理可知表面火花放電將在此干燥帶上自行發(fā)生。由于炭化軌跡具導(dǎo)電性，被雕刻物表面電勢分布即被電極之間的炭化軌跡確定，促使表面火花放電直線連通已有炭化軌跡。假設(shè)電極為左右布置，則情況為：“電極—向右蔓延的炭化軌跡—空白區(qū)域—向左蔓延的炭化軌跡—向右蔓延的炭化軌跡—空白區(qū)域—向左蔓延的炭化軌跡—電極”，即表面火花放電蔓延方向不受控，所得炭化軌跡非連續(xù)、方向受控性差。該缺陷還可能引發(fā)閃絡(luò)放電，尤其在被雕刻物表面親水性不均勻的情況下。

由于目前交變電壓條件的同類技術(shù)方案多是以通過變壓器直接升壓獲取工頻交流高壓，而放電行為決定放電結(jié)果，放電行為取決于因素的綜合，即在視覺上炭化軌跡分布呈現(xiàn)形如樹枝或叢林等不同樣式，即分形紋理樣式。基于以上描述，可見目前交變電壓條件的同類技術(shù)方案還存在下面的問題：

1.因電極間距不能太近以防被雕刻物燒毀和電路故障，工藝精度和被雕刻物尺寸受限，炭化軌跡易被雕刻物紋理影響，人工操作工頻高壓很危險(xiǎn)。

2.實(shí)施受限于少數(shù)木材，分形紋理樣式不可控。

3.所得分形紋理樣式可能發(fā)生突變、混亂或難以控制。