Laserska tehnologija je dugo vremena poznata po širokoj upotrebi u zavarivanju, rezanju i označavanju, a tek u ove dvije godine, postupnom popularizacijom laserskog čišćenja, koncept laserske površinske obrade postaje sve više. u fokusu pažnje i pojavio se u glavama ljudi. Laserska obrada na beskontaktni način, visoka fleksibilnost, velika brzina, bez buke, mala toplotno pogođena zona bez oštećenja podloge, bez potrošnog materijala i niskougljičnog okoliša.
Laserska površinska obrada zapravo ima vrlo veliki broj kategorija primjene pored laserskog čišćenja, kao što su lasersko poliranje, lasersko oblaganje, lasersko gašenje i tako dalje. Ove metode se koriste za promjenu specifičnih fizičko-hemijskih svojstava površine materijala, na primjer, da se površina obradi u hidrofobnu funkciju, ili laserski impulsi za proizvodnju promjera od oko 10 mikrona, dubine od samo nekoliko mikrona malih udubljenja. , kao način povećanja hrapavosti, poboljšanja adhezije površine i tako dalje.
Osim laserskog čišćenja, poznajete li sljedeće vrste laserske površinske obrade?
Lasersko otvrdnjavanje
Lasersko otvrdnjavanje je jedno od rješenja za obradu visoko napregnutih i složenih dijelova, što omogućava da se dijelovi koji se više troše kao što su bregaste osovine i alati za savijanje podvrgnu većim naprezanjima za duži vijek trajanja.
Djeluje tako što zagrijava kožu radnog predmeta koji sadrži ugljik na temperaturu malo ispod temperature topljenja (900 - 1400 stepen, apsorbira se 40 posto snage zračenja), tako da se atomi ugljika u metalnoj rešetki preuređuju ( austenitizacija), a zatim laserski snop stalno zagrijava površinu u smjeru napajanja, a materijal oko laserskog snopa se hladi tako brzo kako se laserski snop kreće da se metalna rešetka ne može vratiti u prvobitni oblik, što rezultira martenzitom, što dovodi do a Ovo rezultira martenzitom i značajnim povećanjem tvrdoće.
Dubina stvrdnjavanja vanjskih slojeva ugljičnog čelika postignuta laserskim kaljenjem je tipično 0.1-1,5 mm, a može biti 2,5 mm ili više u nekim materijalima. Prednosti u odnosu na konvencionalne metode očvršćavanja su:
- Ciljani unos topline je ograničen na lokalizirano područje, što rezultira praktički bez savijanja komponenti tokom obrade. Troškovi prerade su smanjeni ili čak potpuno eliminisani;
- Stvrdnjavanje čak i na složenim geometrijama i preciznim komponentama, omogućavajući precizno očvršćivanje lokalno ograničenih funkcionalnih površina koje se ne mogu očvrsnuti konvencionalnim metodama kaljenja;
- bez izobličenja. Konvencionalni procesi očvršćavanja proizvode izobličenje zbog većeg unosa energije i gašenja, ali tokom laserskog kaljenja unos toplote se može precizno kontrolisati zahvaljujući laserskoj tehnologiji i kontroli temperature. Komponenta ostaje gotovo netaknuta;
- Geometrija tvrdoće komponente može se mijenjati brzo i "u hodu". To znači da nema potrebe za konverzijom optike/cijelog sistema.
Lasersko šišanje
Lasersko brušenje je jedan od procesa za površinsku modifikaciju metalnih materijala. U procesu strukturiranja, laser stvara pravilno raspoređene geometrije u slojevima ili podlogama kako bi ciljao promjene tehničkih svojstava i razvio nove funkcije. Proces općenito uključuje korištenje laserskog zračenja (obično kratkih impulsa laserske svjetlosti) za generiranje pravilno raspoređenih geometrija na površini na ponovljiv način. Laserski snop topi materijal na kontrolisan način i učvršćuje se u definisanu strukturu odgovarajućim upravljanjem procesom.
Slika
Hidrofobne površinske strukture, na primjer, dopuštaju da voda teče s površine. Stvaranje submikronskih struktura na površinama ultrakratkim impulsnim laserima omogućava da se ovo svojstvo realizuje i da se struktura koja se kreira može precizno kontrolisati variranjem parametara lasera. Može se ostvariti i suprotan efekat, npr. hidrofilne površine.
Za farbanje automobilskih panela potrebno je ravnomjerno rasporediti "mikro-rupice" na površini lima kako bi se poboljšala adhezija boje. Pulsirani laserski snop sa hiljadama do desetina hiljada impulsa u sekundi fokusira se, a zatim upada na površinu rolni kako bi se formirao mali rastvorljiv bazen na površini rolni u tački fokusiranja, au isto vreme, sa strane. puhanje na maleni rastvorljivi bazen, tako da se rastopljeni materijal u bazenu rastvorljivog akumulira što je više moguće u bazenu rastvorljivih materija u skladu sa specificiranim zahtevima. Rub formiranja jezičaka u obliku luka, ovi mali jezičci i mikro udubljenja ne samo da mogu poboljšati hrapavost površine materijala kako bi se povećala adhezija boje, već i poboljšana površinska tvrdoća materijala kako bi se produžio vijek trajanja.
Određena svojstva se generiraju laserskim strukturiranjem, kao što su svojstva trenja ili električna i toplinska provodljivost nekih metalnih materijala. Osim toga, lasersko strukturiranje povećava snagu vezivanja i vijek trajanja radnog komada.
U poređenju sa tradicionalnim metodama, lasersko strukturiranje površina je ekološki prihvatljivije i ne zahteva dodatna abrazivna sredstva za pjeskarenje ili hemikalije; ponovljivi i precizni, laseri postižu kontrolisane strukture koje su precizne do mikrona i koje je vrlo lako replicirati; laki za održavanje, laseri su beskontaktni i stoga apsolutno ne habaju u poređenju sa mehaničkim alatima koji se brzo troše; i nema potrebe za naknadnom obradom, bez taline ili drugih ostataka obrade na laserski obrađenom dijelu.
Laserski tretman površine
Lasersko kaljenje se obično koristi u laserskim površinskim bojama, takođe poznato kao lasersko označavanje boja. Princip procesa je da kada laser zagrije materijal, metal će se lokalno zagrijati na nešto ispod svoje tačke topljenja, u odgovarajućim procesnim parametrima, u ovom trenutku će se struktura kapije promijeniti; na površini izratka će se formirati oksidni sloj, ovaj sloj filma u zračenju svjetlosti, interferencija upadne svjetlosti, tako da je u ovom trenutku različite boje kaljenja, površina stvaranja sloja šarenog sloja za označavanje, duž bez potrebe za promjenom ugla posmatranja, uzorak označavanja će biti promijenjen iz raznih različitih boja.
Droplet Laser objavljuje izvještaj o ultra brzom laserskom tretmanu šarene površine
Ove boje ostaju temperaturno stabilne do oko 200 stepeni. Na višim temperaturama, kapija se temperaturno stabilizuje. Na višim temperaturama, kapija se vraća u prvobitno stanje - oznaka nestaje. Kvalitet površine će ostati netaknut. Visok stepen sigurnosti i sljedivosti u aplikacijama protiv krivotvorenja. Pored nove crne oznake sa ultrakratkim impulsnim laserima, idealno je pogodno i za označavanje proizvoda, a time i za jedinstvenu sljedivost prema UDI direktivi.
Lasersko oblaganje
je aditivni proizvodni proces za hibridne materijale od metala i kermeta. Uz to, 3D geometrije se mogu kreirati ili modificirati. Koristeći ovu metodu proizvodnje, laser se može koristiti i za popravku ili premazivanje. U sektoru vazduhoplovstva, aditivna proizvodnja se stoga koristi za popravku lopatica turbina.
U izradi alata i kalupa, napukli ili istrošeni rubovi i oblikovane funkcionalne površine mogu se popraviti, pa čak i lokalno armirati. Kako bi se spriječilo habanje i korozija, mjesta ležaja, valjci ili hidraulične komponente su premazani energetskom tehnologijom ili petrohemijom. Aditivna proizvodnja se također koristi u proizvodnji automobila. Ovdje su poboljšane brojne komponente.
Kod konvencionalnog laserskog topljenja metala, laserski snop prvo lokalno zagrijava radni komad, a zatim formira rastopljeni bazen. Fini metalni prah se zatim raspršuje direktno u rastopljeni bazen iz mlaznice glave za lasersku obradu. Tokom laserskog topljenja metala velikom brzinom, čestice praha su već zagrejane skoro do temperature topljenja iznad površine podloge. Kao rezultat, potrebno je manje vremena za otapanje čestica praha.
Efekat: značajno povećanje brzine procesa. Zbog nižeg termičkog efekta, lasersko topljenje metala velikom brzinom omogućava i oblaganje materijala koji su vrlo osjetljivi na toplinu, kao što su legure aluminija i legure lijevanog željeza. Sa HS-LMD postupkom, visoke površinske brzine do 1500 cm²/min mogu se postići na rotaciono simetričnim površinama, dok se brzina pomaka može ostvariti do nekoliko stotina metara u minuti.
Skupi dijelovi ili kalupi mogu se brzo i jednostavno popraviti pomoću laserske metalne obloge u prahu. Oštećenja, velika ili mala, mogu se popraviti brzo i gotovo bez tragova. Moguće su i promjene dizajna. Ovo štedi vrijeme, energiju i materijal. Naročito za skupe metale kao što su nikl ili titanijum, prilično je isplativo. Tipični primjeri primjene su lopatice turbina, razni klipovi, ventili, osovine ili kalupi.
Laserska toplinska obrada
Hiljade minijaturnih lasera (VCSEL) su montirane na jednom čipu. Svaki emiter je opremljen sa 56 takvih čipova, dok se modul sastoji od nekoliko emitera. Pravougaona zona zračenja može sadržavati milione mikro-lasera i može proizvesti nekoliko kilovata snage infracrvenog lasera.
VCSEL generišu bliske infracrvene snopove sa intenzitetom zračenja od 100 W/cm² pomoću velikog, usmerenog pravougaonog poprečnog preseka snopa. U principu, ova tehnologija je pogodna za sve industrijske procese koji zahtijevaju izuzetno preciznu kontrolu površine i temperature.
Moduli za lasersku termičku obradu posebno su pogodni za aplikacije grijanja velikih površina gdje se zahtijevaju preciznost i fleksibilnost. U poređenju sa konvencionalnim metodama grijanja, ovaj novi proces grijanja nudi veći stepen fleksibilnosti, preciznosti i uštede.
Tehnologija se može koristiti za zaptivanje vrećica sa ćelijama baterije, sprječavajući nabiranje aluminijske folije i time produžavajući vijek trajanja baterije. Također se može koristiti u aplikacijama kao što su sušenje ćelijskih folija, fotoimpregnirajući solarni paneli i precizna obrada područja koje se grije specifičnim materijalima kao što su čelične i silikonske pločice.
Lasersko poliranje
Mehanizam tehnologije laserskog poliranja je sužavanje površine i pretapanje površine, koje se oslanja na pretapanje površine i ponovno očvršćavanje laserski pretopljenog sloja. Kada se metalna površina ozrači laserom sa dovoljno visokom energijom, površina se podvrgava određenom stepenu pretapanja, preraspodjele i glatke površine se postižu površinskim vlačnim naprezanjem i gravitacijom prije skrućivanja.
Celokupna debljina sloja topljenja je manja od visine od korita do vrha, što omogućava da ceo rastopljeni metal ispuni obližnja korita, punjenje koje pokreće kapilarni efekat, dok deblji sloj topljenja indukuje tečni metal da teče prema van. iz središta bazena taline, vođen termo-kapilarnim efektom ili Markonijevim efektom, koji omogućava njegovu preraspodjelu.
Primjeri primjene kao što je keramika od silicijum karbida, materijal za laganu veliku teleskopsku optiku (naročito velika i složena ogledala.) RB-SiC, kao tipičan materijal visoke tvrdoće, složene faze, tehnički je teško površinski precizno polirati sa niska efikasnost. Modifikacijom površine RB-SiC prethodno obložene Si prahom femtosekundnim laserom, optička površina površinske hrapavosti Sq od 4,45 nm može se dobiti nakon samo 4,5 sata poliranja, što poboljšava efikasnost poliranja za više od tri puta u poređenju sa direktno brušenje i poliranje. Lasersko poliranje se također široko koristi u poliranju kalupa, bregova i lopatica turbina.
Lasersko lomljenje
Lasersko udarno peening, također poznato kao lasersko mlazno peening, je zračenje površine metalnih dijelova, površinskog metala (ili apsorpcionog sloja) visoke gustine energije, visokog fokusa, kratkih impulsa (λ=1053 nm). velika gustina snage lasera pod dejstvom trenutnog formiranja plazme eksplozije, eksplozije udarnog talasa u ograničenjima na graničnom sloju graničnog sloja unutrašnjeg prenosa metalnih delova, tako da površinski sloj od zrna za proizvodnju tlačne plastične deformacije u dijelovima površinskog sloja debljeg opsega. Dobivanje zaostalih tlačnih naprezanja, rafiniranja zrna i drugih efekata površinskog ojačanja. U poređenju sa tradicionalnim mehaničkim peskarenjem, ima sledeće prednosti:
- Jaka usmjerenost: laser djeluje na metalnu površinu pod kontroliranim uglom, visoka efikasnost konverzije energije, dok je ugao udara mehaničkog projektila slučajan;
- Velika sila: prasak plazme laserskog praska generisan trenutnim pritiskom do nekoliko GPa; gustina snage: vršna gustina snage laserskog udara od nekoliko do desetina GW/cm2;
- Dobar površinski integritet: laserski udar na površinu gotovo da nema efekta raspršivanja, dok se mehaničkim mlaznim peeningom morfologija površine oštećuje kako bi se proizvela koncentracija naprezanja.
Laserski udar nakon maksimalne vrijednosti tlačnog naprezanja je bolji, površinsko zaostalo tlačno naprezanje je povećano za oko 40 posto do 50 posto, vijek trajanja zamora obratka, otpornost na visoke temperature i kalupljenje savijanja i drugi srodni pokazatelji numeričke vrijednosti su značajno poboljšani . Trenutno se primenjuje u oblasti površinske obrade aviona, površinske obrade aeromotora i tako dalje. Prevedeno sa www.DeepL.com/Translator (besplatna verzija)
