De mult timp, tehnologia laser a fost cunoscută pentru utilizarea pe scară largă în sudare, tăiere și marcare și abia în acești doi ani, odată cu popularizarea treptată a curățării cu laser, conceptul de tratare a suprafețelor cu laser a devenit din ce în ce mai mult. în centrul atenţiei şi a apărut în mintea oamenilor. Procesare laser fără contact, flexibilitate ridicată, viteză mare, fără zgomot, zonă mică afectată de căldură fără deteriorarea substratului, fără consumabile și cu emisii scăzute de carbon.
Tratarea suprafeței cu laser are de fapt un număr foarte mare de categorii de aplicații pe lângă curățarea cu laser, cum ar fi lustruirea cu laser, placarea cu laser, călirea cu laser și așa mai departe. Aceste metode sunt folosite pentru a modifica proprietățile fizico-chimice specifice ale suprafeței materialului, de exemplu, pentru a face suprafața procesată într-o funcție hidrofobă, sau impulsuri laser pentru a produce un diametru de aproximativ 10 microni, adâncimea de doar câțiva microni de depresiuni mici. , ca o modalitate de a crește rugozitatea, de a îmbunătăți aderența la suprafață și așa mai departe.
Pe lângă curățarea cu laser, cunoașteți următoarele tipuri de tratare a suprafețelor cu laser?
Întărire cu laser
Călirea cu laser este una dintre soluțiile pentru prelucrarea pieselor foarte solicitate și complexe, permițând pieselor cu uzură mai mare, cum ar fi arborii cu came și sculele de îndoire, să fie supuse la solicitări mai mari pentru o durată de viață mai lungă.
Funcționează prin încălzirea pielii unei piese de prelucrat care conține carbon la o temperatură puțin sub temperatura de topire (900 - 1400 grade, 40% din puterea iradiată este absorbită), astfel încât atomii de carbon din rețeaua metalică să fie rearanjați ( austenitizare), iar apoi fasciculul laser încălzește suprafața în mod constant în direcția de alimentare, iar materialul din jurul fasciculului laser se răcește atât de repede pe măsură ce fasciculul laser se mișcă, încât reteaua metalică nu poate reveni la forma sa originală, rezultând martensită, care dă naștere la o Aceasta are ca rezultat martensită și o creștere semnificativă a durității.
Adâncimea de întărire a straturilor exterioare de oțel carbon realizată prin călirea cu laser este de obicei de 0.1-1,5 mm și poate fi de 2,5 mm sau mai mare în unele materiale. Avantajele față de metodele convenționale de călire sunt:
- Aportul de căldură vizat este limitat la o zonă localizată, rezultând practic nicio deformare a componentelor în timpul prelucrării. Costurile de reluare sunt reduse sau chiar eliminate cu totul;
- Călirea chiar și pe geometrii complexe și componente de precizie, permițând călirea precisă a suprafețelor funcționale restrânse local care nu pot fi călite prin metode convenționale de călire;
- fără distorsiuni. Procesele convenționale de întărire produc distorsiuni datorită aportului mai mare de energie și călirii, dar în timpul călirii cu laser, aportul de căldură poate fi controlat cu precizie datorită tehnologiei laser și controlului temperaturii. Componenta rămâne practic curată;
- Geometria durității componentei poate fi schimbată rapid și „din mers”. Aceasta înseamnă că nu este nevoie să convertiți optica/întregul sistem.
Tunsoarea cu laser
Grosajul cu laser este unul dintre procesele de modificare a suprafeței materialelor metalice. În procesul de structurare, laserul creează geometrii aranjate în mod regulat în straturi sau substraturi pentru a viza schimbările în proprietățile tehnice și pentru a dezvolta noi funcții. Procesul implică, în general, utilizarea radiației laser (de obicei impulsuri scurte de lumină laser) pentru a genera geometrii aranjate în mod regulat pe o suprafață într-o manieră reproductibilă. Raza laser topește materialul într-un mod controlat și este solidificat în structura definită printr-un management adecvat al procesului.
Imagine
Structurile de suprafață hidrofobe, de exemplu, permit apei să curgă de pe suprafață. Crearea structurilor submicronice pe suprafețe cu lasere cu impulsuri ultrascurte permite realizarea acestei proprietăți, iar structura care trebuie creată poate fi controlată cu precizie prin variarea parametrilor laserului. Efectul opus, de exemplu suprafețele hidrofile, poate fi de asemenea realizat.
Pentru a vopsi panourile auto, este necesar să se distribuie uniform „micro-gropi” pe suprafața foii pentru a îmbunătăți aderența vopselei. Un fascicul laser pulsat cu mii până la zeci de mii de impulsuri pe secundă este focalizat și apoi incident pe suprafața rolelor pentru a forma un mic bazin solubil pe suprafața rolelor la punctul de focalizare și, în același timp, lateral. suflare pe micul bazin solubil, astfel încât materialul topit din bazinul solubil să se acumuleze cât mai mult posibil în bazinul solubil în conformitate cu cerințele specificate. Marginea formării de file în formă de arc, aceste file mici și micro-gropi nu numai că pot spori rugozitatea suprafeței materialului pentru a crește aderența vopselei, dar și pot îmbunătăți duritatea suprafeței materialului pentru a prelungi durata de viață.
Anumite proprietăți sunt generate de structurarea cu laser, cum ar fi proprietățile de frecare sau conductivitatea electrică și termică a unor materiale metalice. În plus, structurarea cu laser crește rezistența de lipire și durata de viață a piesei de prelucrat.
În comparație cu metodele tradiționale, structurarea cu laser a suprafețelor este mai ecologică, nefiind nevoie de agenți de sablare sau substanțe chimice suplimentare; repetabile și precise, laserele realizează structuri controlate care sunt precise până la microni și sunt foarte ușor de replicat; cu întreținere redusă, laserele sunt fără contact și, prin urmare, absolut fără uzură în comparație cu uneltele mecanice cu uzură rapidă; și nu este nevoie de post-procesare, fără topituri sau alte reziduuri de prelucrare lăsate în urmă pe piesa prelucrată cu laser.
Tratament de suprafață cu laser Flare
Călirea cu laser este folosită în mod obișnuit în suprafața de culoare cu laser, cunoscută și sub denumirea de marcare a culorii cu laser. Principiul procesului este că atunci când laserul încălzește materialul, metalul va fi încălzit local până la puțin sub punctul său de topire, în parametrii corespunzători ai procesului, în acest moment, structura porții se va schimba; în suprafața piesei de prelucrat se va forma un strat de oxid, acest strat de film în iradierea luminii, interferența luminii incidente, astfel încât o varietate de culoare de temperare în acest moment, suprafața de generare a unui strat de strat de marcare colorat, de-a lungul fără a fi nevoie să schimbați unghiul de observare, modelul de marcare va fi schimbat dintr-o diferite culori diferite.
Droplet Laser publică un raport despre tratarea suprafețelor colorate cu laser ultrarapid
Aceste culori rămân stabile la temperatură până la aproximativ 200 de grade. La temperaturi mai ridicate, poarta este stabilizată la temperatură. La temperaturi mai ridicate, poarta revine la starea inițială - marcajul dispare. Calitatea suprafeței va rămâne intactă. Un grad ridicat de securitate și trasabilitate în aplicațiile anti-contrafacere. Pe lângă noul marcaj negru cu lasere cu impulsuri ultrascurte, acesta este, de asemenea, ideal pentru marcarea produselor și, prin urmare, pentru trasabilitate unică conform directivei UDI.
Placare cu laser
este un proces de fabricație aditivă pentru metal și materiale hibride cermet. Cu aceasta, geometriile 3D pot fi create sau modificate. Folosind această metodă de producție, laserul poate fi folosit și pentru reparații sau acoperire. În sectorul aerospațial, fabricarea aditivă este, așadar, utilizată pentru repararea palelor turbinelor.
În fabricarea de scule și matrițe, marginile crăpate sau uzate și suprafețele funcționale modelate pot fi reparate sau chiar blindate local. Pentru a preveni uzura și coroziunea, locațiile rulmenților, rolele sau componentele hidraulice sunt acoperite cu tehnologie energetică sau petrochimie. Și fabricarea aditivă este folosită și în producția de automobile. Numeroase componente sunt îmbunătățite aici.
În topirea metalelor laser convenționale, fasciculul laser încălzește mai întâi local piesa de prelucrat și apoi formează un bazin topit. Pulberea metalică fină este apoi pulverizată direct în bazinul topit de la duza capului de procesare cu laser. În timpul topirii metalului cu laser de mare viteză, particulele de pulbere sunt deja încălzite aproape la temperatura de topire deasupra suprafeței substratului. Ca rezultat, este nevoie de mai puțin timp pentru a topi particulele de pulbere.
Efect: o creștere semnificativă a vitezei procesului. Datorită efectului termic mai scăzut, topirea metalelor cu laser de mare viteză face posibilă, de asemenea, acoperirea materialelor care sunt foarte sensibile la căldură, cum ar fi aliajele de aluminiu și aliajele de fontă. Cu procesul HS-LMD, se pot obține viteze mari de suprafață de până la 1500 cm²/min pe suprafețe simetrice rotațional, în timp ce se pot realiza viteze de avans de până la câteva sute de metri pe minut.
Piesele sau matrițele scumpe pot fi reparate rapid și ușor cu placarea metalică cu laser cu pulbere laser. Deteriorările, mari sau mici, pot fi reparate rapid și aproape fără urme. De asemenea, sunt posibile modificări de design. Acest lucru economisește timp, energie și material. În special pentru metalele scumpe, cum ar fi nichelul sau titanul, merită destul de mult. Exemple tipice de aplicații sunt paletele turbinei, diverse pistoane, supape, arbori sau matrițe.
Tratament termic cu laser
Mii de lasere miniaturale (VCSEL) sunt montate pe un singur cip. Fiecare emițător este echipat cu 56 de astfel de cipuri, în timp ce un modul este format din mai mulți emițători. Zona de radiație dreptunghiulară poate conține milioane de micro-lasere și poate emite mai mulți kilowați de putere laser infraroșu.
VCSEL generează fascicule în infraroșu apropiat cu o intensitate de radiație de 100 W/cm² prin intermediul unei secțiuni transversale dreptunghiulare mare, direcțională. În principiu, această tehnologie este potrivită pentru toate procesele industriale care necesită un control extrem de precis al suprafeței și al temperaturii.
Modulele de tratament termic cu laser sunt potrivite în special pentru aplicațiile de încălzire pe suprafețe mari, unde sunt necesare precizie și flexibilitate. În comparație cu metodele convenționale de încălzire, acest nou proces de încălzire oferă un grad mai mare de flexibilitate, precizie și economii de costuri.
Tehnologia poate fi utilizată pentru a sigila pungile celulelor bateriei, prevenind șifonarea folia de aluminiu și prelungind astfel durata de viață a bateriei. De asemenea, poate fi utilizat în aplicații precum uscarea foliilor celulare, panourile solare foto-impregnante și tratarea precisă a zonei care urmează să fie încălzită cu materiale specifice, cum ar fi napolitane de oțel și siliciu.
Lustruire cu laser
Mecanismul tehnologiei de lustruire cu laser este îngustarea suprafeței și supratopirea suprafeței, care se bazează pe retopirea suprafeței și resolidificarea stratului retopit cu laser. Atunci când o suprafață metalică este iradiată de un laser cu o energie suficient de mare, suprafața suferă un anumit grad de topire, redistribuire și suprafețe netede sunt realizate prin efort de tracțiune la suprafață și gravitație înainte de solidificare.
Întreaga grosime a stratului de topire este mai mică decât înălțimea de la jgheab până la vârf, permițând astfel întregului metal topit să umple jgheaburile din apropiere, umplutură condusă de efectul capilar, în timp ce un strat de topire mai gros induce metalul lichid să curgă spre exterior. din centrul bazinului de topire, condus de efectul termo-capilar sau de efectul Marconi, care permite redistribuirea acestuia.
Exemple de aplicații, cum ar fi ceramica cu carbură de siliciu, materialul pentru opticele telescopice mari ușoare (în special oglinzile mari și complexe). eficienta scazuta. Prin modificarea suprafeței RB-SiC preacoperite cu pulbere de Si prin laser de femtosecundă, se poate obține o suprafață optică cu rugozitatea suprafeței Sq de 4,45 nm după numai 4,5 ore de lustruire, ceea ce îmbunătățește eficiența lustruirii de peste trei ori comparativ cu șlefuire și lustruire directă. Lustruirea cu laser este, de asemenea, utilizată pe scară largă în lustruirea matrițelor, camelor și palelor turbinelor.
Shot peening cu laser
Laser impact peening, cunoscut și sub denumirea de laser shot peening, este o iradiere cu laser cu impuls scurt (λ=1053nm) cu densitate mare de energie, focalizare mare, a suprafeței pieselor metalice, a metalului de suprafață (sau a stratului de absorbție) în densitate mare de putere a laserului sub acțiunea formării instantanee a exploziei de plasmă, explozia undei de șoc în constrângerile asupra stratului limită al stratului limită al transferului intern al pieselor metalice, astfel încât stratul de suprafață de boabele pentru a produce deformare plastică compresivă în părțile stratului de suprafață dintr-o gamă mai groasă de Obține stresul de compresiune reziduală, rafinarea cerealelor și alte efecte de întărire a suprafeței. Comparativ cu sablare mecanică tradițională are următoarele avantaje:
- Direcționalitate puternică: laserul acționează pe suprafața metalică la un unghi controlat, eficiență ridicată de conversie a energiei, în timp ce unghiul de impact mecanic al proiectilului este aleatoriu;
- Forță mare: explozie de plasmă de sablare cu laser generată de presiunea instantanee de până la câțiva GPa; densitate de putere: densitate de putere de vârf de impact laser de la câteva până la zeci de GW/cm2;
- Integritate bună a suprafeței: impactul laser pe suprafață este aproape nici un efect de pulverizare, în timp ce peeningul mecanic, morfologia suprafeței este deteriorată pentru a produce concentrarea tensiunii.
Impactul laser după valoarea maximă a tensiunii de compresiune este mai bun, tensiunea de compresiune reziduală a suprafeței a crescut cu aproximativ 40% până la 50%, durata de viață la oboseală a piesei de prelucrat, rezistența la temperatură ridicată și turnare la îndoire și alți indicatori ai valorii numerice au fost îmbunătățite semnificativ. . În prezent, acesta a fost aplicat în domeniul tratarii suprafeței aeronavelor, tratarea suprafeței cu motoare aeriene și așa mai departe. Tradus cu www.DeepL.com/Translator (versiune gratuită)
