Technologia laserowa znana jest od dawna z szerokiego zastosowania w spawaniu, cięciu i znakowaniu i dopiero w ciągu tych dwóch lat, wraz ze stopniową popularyzacją czyszczenia laserowego, koncepcja laserowej obróbki powierzchni stała się coraz bardziej popularna. w centrum uwagi i pojawił się w umysłach ludzi. Obróbka laserowa w sposób bezdotykowy, duża elastyczność, duża prędkość, brak hałasu, mała strefa wpływu ciepła bez uszkodzenia podłoża, brak materiałów eksploatacyjnych i ekologiczność niskoemisyjna.
Laserowa obróbka powierzchniw rzeczywistości ma bardzo dużą liczbę kategorii zastosowań oprócz czyszczenia laserowego, takich jak polerowanie laserowe, napawanie laserowe, hartowanie laserowe i tak dalej. Metody te służą do zmiany specyficznych właściwości fizykochemicznych powierzchni materiału, na przykład do przetworzenia powierzchni na funkcję hydrofobową lub impulsów laserowych do wytworzenia małych wgłębień o średnicy około 10 mikronów i głębokości zaledwie kilku mikronów jako sposób na zwiększenie chropowatości, poprawę przyczepności powierzchni i tak dalej.
Opróczczyszczenie laseroweCzy znasz następujące rodzaje laserowej obróbki powierzchni?
Hartowanie laserowe
Hartowanie laserowe to jedno z rozwiązań do obróbki silnie obciążonych i złożonych elementów, umożliwiające większe naprężenia i dłuższą żywotność części narażonych na duże zużycie, takich jak wałki rozrządu i narzędzia do gięcia.
Działa poprzez podgrzanie naskórka przedmiotu zawierającego węgiel do temperatury nieco poniżej temperatury topnienia (900 - 1400 stopnia, pochłaniane jest 40 procent mocy napromieniowanej), w wyniku czego atomy węgla w siatce metalowej ulegają zmianie ( austenityzacja), a następnie wiązka lasera równomiernie nagrzewa powierzchnię w kierunku podawania, a materiał wokół wiązki lasera w miarę przemieszczania się wiązki lasera ochładza się tak szybko, że siatka metalowa nie jest w stanie powrócić do swojej pierwotnej postaci, co powoduje martenzyt, co powoduje powstanie martenzytu i znaczny wzrost twardości.
Głębokość hartowania zewnętrznych warstw stali węglowej uzyskiwana poprzez hartowanie laserowe wynosi zazwyczaj 0.1-1.5 mm, a w przypadku niektórych materiałów może wynosić 2,5 mm lub więcej. Zalety w porównaniu z konwencjonalnymi metodami hartowania to:
1. Ukierunkowany dopływ ciepła jest ograniczony do zlokalizowanego obszaru, co powoduje praktycznie brak wypaczeń komponentów podczas obróbki. Koszty przeróbek są zmniejszone lub nawet całkowicie wyeliminowane;
2. hartowanie nawet skomplikowanych geometrii i precyzyjnych elementów, umożliwiające precyzyjne hartowanie lokalnie ograniczonych powierzchni funkcjonalnych, których nie można hartować konwencjonalnymi metodami;
bez zniekształceń. Konwencjonalne procesy hartowania powodują odkształcenia ze względu na większy pobór energii i hartowanie, ale podczas hartowania laserowego dopływ ciepła można precyzyjnie kontrolować dzięki technologii laserowej i kontroli temperatury. Komponent pozostaje praktycznie nieskazitelny;
Geometrię twardości elementu można zmieniać szybko i „w locie”. Oznacza to, że nie ma potrzeby konwertowania optyki/całego systemu.
Lwiększa owłosienie
Grotowanie laserowe jest jednym z narzędzi procesowych służących do modyfikacji powierzchni materiałów metalicznych. W procesie strukturyzacji laser tworzy regularnie rozmieszczone geometrie w warstwach lub podłożach, aby w sposób celowy modyfikować właściwości techniczne i rozwijać nowe funkcje. Proces ten zazwyczaj polega na wykorzystaniu promieniowania laserowego (zwykle krótkich impulsów światła laserowego) w celu wygenerowania regularnie rozmieszczonych geometrii na powierzchni w powtarzalny sposób. Wiązka laserowa topi materiał w kontrolowany sposób i poprzez odpowiednie zarządzanie procesem zestala się w określoną strukturę.
Na przykład hydrofobowe struktury powierzchniowe umożliwiają spływanie wody z powierzchni. Tworzenie struktur submikronowych na powierzchniach za pomocą laserów o ultrakrótkich impulsach pozwala na realizację tej właściwości, a powstającą strukturę można precyzyjnie kontrolować poprzez zmianę parametrów lasera. Można także uzyskać efekt odwrotny, np. powierzchnie hydrofilowe.
Panele samochodowe do malowania, należy zapewnić równomierny rozkład „mikrowgłębień” na powierzchni cienkiej płyty, aby zwiększyć przyczepność farby, za pomocą pulsacyjnej wiązki lasera o częstotliwości od tysięcy do kilkudziesięciu tysięcy razy na sekundę skupiającej się na powierzchni padającej rolki na walcu, w punkcie skupienia na powierzchni walca, tworząc mały rozpuszczalny kałużę, jednocześnie po stronie mikrorozpuszczalnego kałuży wdmuchuje się tak, aby rozpuszczalna kałuża stopionego materiału zgodnie z określonymi wymaganiami aż możliwe gromadzenie się na basenie! Krawędź tworząca wypustki w kształcie łuku, te małe wypustki i mikrowgłębienia mogą nie tylko zwiększyć chropowatość powierzchni materiału, aby zwiększyć przyczepność farby, ale także poprawić twardość powierzchni materiału, aby wydłużyć żywotność.
Pewne właściwości są generowane przez strukturowanie laserowe, takie jak właściwości cierne lub przewodność elektryczna i cieplna niektórych materiałów metalowych. Ponadto strukturyzacja laserowa zwiększa siłę wiązania i żywotność przedmiotu obrabianego.
W porównaniu do metod tradycyjnych, strukturyzacja laserowa powierzchni jest bardziej przyjazna dla środowiska i nie wymaga stosowania dodatkowych środków ściernych ani chemikaliów; powtarzalne i precyzyjne lasery umożliwiają kontrolowanie struktur z dokładnością do mikrona i bardzo łatwych do odtworzenia; niskie koszty utrzymania, lasery są bezdotykowe i dlatego całkowicie odporne na zużycie w porównaniu do szybko zużywających się narzędzi mechanicznych; i nie ma potrzeby obróbki końcowej, bez pozostałości stopionych materiałów i innych pozostałości po obróbce na części obrabianej laserowo.
Laserowe olśniewające wykończenie powierzchni
Odpuszczanie laserowe jest powszechnie stosowane w laserowej obróbce powierzchni, znanej również jako laserowe znakowanie kolorami. Zasada procesu polega na tym, że laserowy materiał grzewczy, miejscowe nagrzewanie metalu do temperatury nieco poniżej jego temperatury topnienia, przy odpowiednich parametrach procesu, w tym momencie zmieni się struktura bramy; na powierzchni przedmiotu obrabianego utworzy się warstwa tlenku, ta warstwa folii pod wpływem napromieniowania świetlnego, interferencja światła padającego, tak że w tym czasie różne kolory odpuszczania, powierzchnia warstwy wytworzona przez tę warstwę kolorowej warstwy znakującej, wraz z brakiem konieczności zmiany kąta obserwacji, wzór znakowania zostanie zmieniony z różnych kolorów.
Kolory te zachowują stabilność temperaturową do ok. 200 stopni. Przy wyższych temperaturach brama wraca do stanu pierwotnego – oznaczenie znika. Jakość powierzchni pozostaje nienaruszona. W zastosowaniach przeciwdziałających podrabianiu osiąga się wysoki stopień bezpieczeństwa i identyfikowalności. Oprócz nowego czarnego znakowania za pomocą laserów o ultrakrótkich impulsach, które w ostatnich latach zyskało ugruntowaną pozycję w dziedzinie technologii medycznej, idealnie nadaje się ono również do znakowania produktów, a tym samym do unikalnej identyfikowalności zgodnie z dyrektywą UDI.
Topienie laserowe
Jest to proces wytwarzania przyrostowego odpowiedni dla materiałów hybrydowych metalowych i metalowo-ceramicznych. Dzięki temu można tworzyć lub modyfikować geometrie 3D. Dzięki tej metodzie produkcji lasery można również stosować do naprawy lub powlekania. Dlatego w sektorze lotniczym do naprawy łopatek turbin stosuje się wytwarzanie przyrostowe.
Podczas budowy narzędzi i form można naprawić pęknięte lub zużyte krawędzie i ukształtowane powierzchnie funkcjonalne, a nawet miejscowo je opancerzyć. Aby zapobiec zużyciu i korozji, miejsca łożysk, rolki lub elementy hydrauliczne są powlekane w technologii energetycznej lub petrochemicznej. Wytwarzanie przyrostowe jest również stosowane w produkcji samochodów. Modyfikowanych jest tutaj wiele komponentów.
W konwencjonalnym laserowym napawaniu metali wiązka lasera najpierw lokalnie podgrzewa przedmiot obrabiany, a następnie tworzy jeziorko stopionego materiału. Następnie z dyszy głowicy do obróbki laserowej rozpylane są drobne proszki metali bezpośrednio do roztopionego basenu. Podczas szybkiego laserowego topienia metalu cząstki proszku są już podgrzewane prawie do temperatury topnienia nad powierzchnią podłoża. W rezultacie stopienie cząstek proszku zajmuje mniej czasu.
Efekt: znaczny wzrost szybkości procesu. Ze względu na mniejsze efekty termiczne, laserowe topienie metali z dużą szybkością umożliwia także powlekanie materiałów bardzo wrażliwych na ciepło, takich jak stopy aluminium i stopy żeliwa. Dzięki procesowi HS-LMD można osiągnąć wysokie prędkości powierzchniowe do 1500 cm²/min na powierzchniach obrotowo symetrycznych, przy prędkości posuwu do kilkuset metrów na minutę.
Drogie części lub formy można szybko i łatwo naprawić za pomocą laserowego napawania metalem metodą proszkową. Uszkodzenia, duże i małe, można naprawić szybko i prawie bez śladów. Możliwe są również zmiany konstrukcyjne. Oszczędza to czas, energię i materiał. Szczególnie w przypadku drogich metali, takich jak nikiel czy tytan, jest to całkiem opłacalne. Typowymi przykładami zastosowań są łopatki turbin, różne tłoki, zawory, wały lub formy.
Laserowa obróbka cieplna
Tysiące miniaturowych laserów (VCSEL) są zamontowane na jednym chipie. Każdy emiter wyposażony jest w 56 takich chipów, natomiast moduł składa się z kilku emiterów. Prostokątny obszar promieniowania może zawierać miliony mikrolaserów i wytwarzać kilka kilowatów mocy lasera podczerwonego.
VCSEL generują wiązki bliskiej podczerwieni o natężeniu promieniowania 100 W/cm² za pomocą dużego, kierunkowego prostokątnego przekroju wiązki. W zasadzie technologia ta nadaje się do wszystkich procesów przemysłowych, które wymagają niezwykle precyzyjnej kontroli powierzchni i temperatury.
Moduły do laserowej obróbki cieplnej nadają się szczególnie do zastosowań grzewczych na dużych powierzchniach, gdzie wymagana jest precyzja i elastyczność. W porównaniu z konwencjonalnymi metodami ogrzewania, ten nowy proces ogrzewania zapewnia wyższy stopień elastyczności, precyzji i oszczędności.
Technologię tę można zastosować do uszczelnienia ogniw w torebkach, aby zapobiec marszczeniu się folii, przedłużając w ten sposób żywotność ogniw. Można go również stosować do zastosowań takich jak suszenie folii ogniwowych, lekka impregnacja paneli słonecznych i precyzyjna obróbka ogrzewanej powierzchni w przypadku określonych materiałów, takich jak stal i płytki krzemowe.
Polerowanie laserowe
Mechanizmtechnologia polerowania laserowegoto wtapianie wąskie powierzchniowo i wtapianie powierzchniowe, polegające na przetopieniu powierzchni i ponownym zestaleniu warstwy przetopionej laserowo. Kiedy powierzchnia metalu jest naświetlana laserem o wystarczająco dużej energii, powierzchnia ulega pewnemu przetopowi i redystrybucji, a gładkie powierzchnie uzyskuje się dzięki powierzchniowym naprężeniom rozciągającym i grawitacji przed zestaleniem.
Całkowita grubość warstwy topiącej jest mniejsza niż wysokość od doliny do szczytu, dzięki czemu cały roztopiony metal może wypełnić pobliskie doliny, a siłą napędową tego wypełnienia jest efekt kapilarny, podczas gdy grubsza warstwa topienia indukuje ciekły metal wypływać na zewnątrz ze środka jeziorka, a siłą napędową redystrybucji jest efekt termokapilarny lub efekt Marconiego.
Przykłady zastosowań, takich jak ceramika z węglika krzemu, materiał na lekkie i duże elementy optyczne teleskopów (zwłaszcza zwierciadła o dużych rozmiarach i skomplikowanych kształtach). RB-SiC, jako typowy materiał o wysokiej twardości o złożonej fazie, ma trudną i nieefektywną technika precyzyjnego polerowania powierzchni. Modyfikując powierzchnię RB-SiC wstępnie powleczonego proszkiem Si za pomocą lasera femtosekundowego, powierzchnię optyczną o chropowatości powierzchni Sq wynoszącej 4,45 nm można uzyskać już po 4,5 godzinach polerowania, co poprawia skuteczność polerowania ponad trzykrotnie w porównaniu z bezpośrednie szlifowanie i polerowanie. Polerowanie laserowe jest również szeroko stosowane w polerowaniu form, krzywek i łopatek turbin.
Wysadzanie laserowe
Laserowe śrutowanie, znane również jako śrutowanie laserowe, to naświetlanie laserem o wysokiej gęstości energii, wysokim skupieniu i krótkim impulsie (λ=1053nm) powierzchni części metalowych, powierzchni metalu (lub warstwy absorpcyjnej) w duża gęstość mocy roli lasera w natychmiastowym powstaniu eksplozji plazmy, eksplozji fali uderzeniowej w ograniczeniach warstwy ograniczającej części metalowe wewnątrz transferu tak, że wierzchnia warstwa ziaren powoduje ściskające odkształcenie plastyczne powierzchni warstwa części w grubszym zakresie Uzyskaj szczątkowe naprężenia ściskające, rozdrobnienie ziarna i inne efekty wzmocnienia powierzchni. W porównaniu z tradycyjnym śrutowaniem mechanicznym ma następujące zalety
1. Silna kierunkowość: laser działa na powierzchnię metalu pod kontrolowanym kątem, z wysoką wydajnością konwersji energii, podczas gdy mechaniczny kąt uderzenia pocisku jest losowy;
2. Duża siła: wybuch plazmy laserowej generowany przez chwilowe ciśnienie do kilku GPa; gęstość mocy: szczytowa gęstość mocy uderzenia lasera sięga kilkudziesięciu GW/cm2;
Dobra integralność powierzchni: wpływ lasera na powierzchnię prawie nie powoduje efektu rozpylania, a po śrutowaniu mechanicznym morfologia powierzchni ulega uszkodzeniu, powodując koncentrację naprężeń.
Wpływ lasera po osiągnięciu maksymalnej wartości naprężenia ściskającego jest lepszy, szczątkowe naprężenie ściskające powierzchni wzrasta o około 40 do 50 procent, żywotność zmęczeniowa przedmiotu obrabianego, odporność na wysoką temperaturę i formowanie zginające oraz inne powiązane wskaźniki wartości liczbowej zostały znacznie poprawione . Obecnie zastosowano go w dziedzinie obróbki powierzchni samolotów, obróbki powierzchni silników lotniczych i tak dalej.
