Laserová technológia je už dlho známa širokým využitím pri zváraní, rezaní a označovaní a až v týchto dvoch rokoch s postupnou popularizáciou laserového čistenia sa pojem laserová povrchová úprava čoraz viac presadzuje. stredobodom pozornosti a objavil sa v mysliach ľudí. Laserové spracovanie bezkontaktným spôsobom, vysoká flexibilita, vysoká rýchlosť, žiadna hlučnosť, malá tepelne ovplyvnená zóna bez poškodenia substrátu, žiadny spotrebný materiál a ekologicky nízkouhlíkové.
Laserová povrchová úpravav skutočnosti má okrem laserového čistenia veľmi veľký počet kategórií použitia, ako je laserové leštenie, laserové obloženie, laserové kalenie atď. Tieto metódy sa používajú na zmenu špecifických fyzikálno-chemických vlastností povrchu materiálu, napríklad na úpravu povrchu na hydrofóbnu funkciu alebo laserové impulzy na vytvorenie priemeru asi 10 mikrónov, pričom hĺbka malých priehlbín je len niekoľko mikrónov. , ako spôsob zvýšenia drsnosti, zvýšenia priľnavosti povrchu atď.
Okrem tohotočistenie laserom, poznáte nasledujúce druhy povrchovej úpravy laserom?
Laserové kalenie
Laserové kalenie je jedným z riešení pre obrábanie vysoko namáhaných a zložitých komponentov, umožňujúce vyššie namáhanie a dlhšiu životnosť dielov s vysokým opotrebením, ako sú vačkové hriadele a ohýbacie nástroje.
Funguje tak, že sa pokožka obrobku obsahujúceho uhlík zahrieva na teplotu mierne pod teplotou topenia (900 - 1400 stupeň, absorbuje sa 40 percent ožiarenej energie), takže atómy uhlíka v kovovej mriežke sa preusporiadajú ( austenitizácia) a potom laserový lúč neustále ohrieva povrch v smere posuvu a materiál okolo laserového lúča sa ochladzuje tak rýchlo, ako sa laserový lúč pohybuje, že kovová mriežka sa nemôže vrátiť do svojej pôvodnej formy, čo vedie k martenzit, ktorý spôsobuje a Výsledkom je martenzit a výrazné zvýšenie tvrdosti.
Hĺbka kalenia vonkajších vrstiev uhlíkovej ocele dosiahnutá kalením laserom je zvyčajne 0.1-1.5 mm a v niektorých materiáloch môže byť 2,5 mm alebo viac. Výhody oproti konvenčným metódam kalenia sú:
1. Cielený prívod tepla je obmedzený na lokalizovanú oblasť, čo nemá za následok prakticky žiadne deformácie komponentov počas obrábania. Náklady na prepracovanie sú znížené alebo dokonca úplne eliminované;
2. kalenie aj na zložitých geometriách a presných súčiastkach, umožňujúce presné kalenie lokálne obmedzených funkčných povrchov, ktoré nie je možné vytvrdiť konvenčnými metódami kalenia;
bez skreslenia. Konvenčné procesy kalenia spôsobujú skreslenie v dôsledku vyššieho príkonu energie a kalenia, ale počas laserového kalenia je možné vďaka laserovej technológii a regulácii teploty presne kontrolovať prívod tepla. Komponent zostáva prakticky nedotknutý;
Geometriu tvrdosti komponentu je možné meniť rýchlo a „za chodu“. To znamená, že nie je potrebné prestavovať optiku/celý systém.
Laser chlpatosť
Laserové hrubovanie je jedným z procesných nástrojov povrchovej úpravy kovových materiálov. V procese štruktúrovania laser vytvára pravidelne usporiadané geometrie vo vrstvách alebo substrátoch s cieľom cielene modifikovať technické vlastnosti a vyvíjať nové funkcie. Proces vo všeobecnosti zahŕňa použitie laserového žiarenia (zvyčajne krátkych impulzov laserového svetla) na generovanie pravidelne usporiadaných geometrií na povrchu reprodukovateľným spôsobom. Laserový lúč kontrolovane taví materiál a vhodným riadením procesu sa tuhne do definovanej štruktúry.
Napríklad hydrofóbne povrchové štruktúry umožňujú vode stekať z povrchu. Vytváranie submikrónových štruktúr na povrchoch pomocou ultrakrátkych pulzných laserov umožňuje túto vlastnosť realizovať a štruktúru, ktorá sa má vytvoriť, je možné presne riadiť zmenou parametrov lasera. Je možné realizovať aj opačný efekt, napr. hydrofilné povrchy.
Ak chcete natierať automobilové panely, musíte na povrchu tenkej platne dosiahnuť rovnomerné rozloženie „mikro-jamky“, aby sa zlepšila priľnavosť farby, pričom pulzný laserový lúč sa tisíckrát až desaťtisíckrát za sekundu zaostrí na povrch dopadajúceho kotúča. na valci, v zaostrovacom bode na povrchu valca, aby sa vytvoril malý rozpustný bazén, súčasne na strane mikrorozpustného bazéna fúkania, takže rozpustný bazén roztaveného materiálu podľa špecifikovaných požiadaviek čo najviac možné nahromadenie do bazéna! Okraj tvorby oblúkových plôšok, tieto malé plôšky a mikrojamky môžu nielen zvýšiť drsnosť povrchu materiálu, aby sa zvýšila priľnavosť farby, ale aj zlepšiť povrchovú tvrdosť materiálu, aby sa predĺžila životnosť.
Niektoré vlastnosti sú generované laserovým štruktúrovaním, ako sú trecie vlastnosti alebo elektrická a tepelná vodivosť niektorých kovových materiálov. Okrem toho laserové štruktúrovanie zvyšuje pevnosť spoja a životnosť obrobku.
V porovnaní s tradičnými metódami je laserové štrukturovanie povrchov šetrnejšie k životnému prostrediu, nevyžaduje žiadne ďalšie abrazívne tryskacie prostriedky ani chemikálie; opakovateľné a presné lasery umožňujú kontrolované štruktúry, ktoré sú presné na mikrón a veľmi ľahko sa replikujú; nenáročné na údržbu, lasery sú bezkontaktné, a teda absolútne bez opotrebovania v porovnaní s rýchlo sa opotrebujúcimi mechanickými nástrojmi; a nie je potrebné dodatočné spracovanie, pričom na laserom spracovanom diele nezostanú žiadne taveniny alebo iné zvyšky po obrábaní.
Povrchová úprava Laser Dazzle
Laserové temperovanie sa bežne používa pri oslňujúcej povrchovej úprave laserom, známej aj ako laserové farebné značenie. Princíp procesu spočíva v tom, že laserový vykurovací materiál, lokálne zahrievanie kovu mierne pod jeho bod topenia, vo vhodných procesných parametroch, v tomto čase sa štruktúra brány zmení; na povrchu obrobku sa vytvorí vrstva oxidu, táto vrstva filmu pri ožiarení svetlom, interferencia dopadajúceho svetla, takže v tomto čase sa rôzne temperované farby, povrch vrstvy generovaný touto vrstvou farebnej značkovacej vrstvy, spolu s tým, že nie je potrebné meniť uhol pozorovania, vzor označenia sa zmení z rôznych farieb.
Tieto farby zostávajú teplotne stabilné do cca. 200 stupňov. Pri vyšších teplotách sa brána vráti do pôvodného stavu - označenie zmizne. Kvalita povrchu je zachovaná. V aplikáciách proti falšovaniu sa dosahuje vysoký stupeň bezpečnosti a sledovateľnosti. Okrem nového čierneho značenia ultrakrátkymi pulznými lasermi, ktoré sa v posledných rokoch dobre etablovalo v oblasti medicínskej techniky, sa ideálne hodí aj na značenie produktov a tým pre jedinečnú sledovateľnosť podľa smernice UDI.
Laserové tavenie
Ide o aditívny výrobný proces vhodný pre kovové a kovokeramické hybridné materiály. Vďaka tomu je možné vytvárať alebo upravovať 3D geometrie. Pomocou tejto výrobnej metódy možno lasery použiť aj na opravy alebo nátery. V leteckom a kozmickom sektore sa teda aditívna výroba používa na opravu lopatiek turbín.
Pri výrobe nástrojov a foriem môžu byť prasknuté alebo opotrebované hrany a tvarované funkčné plochy opravené, prípadne aj lokálne obrnené. Aby sa zabránilo opotrebovaniu a korózii, ložiská, valčeky alebo hydraulické komponenty sú potiahnuté v energetickej technológii alebo petrochémii. Aditívna výroba sa používa aj pri výrobe automobilov. Je tu upravených množstvo komponentov.
Pri bežnom laserovom kovovom opláštení laserový lúč najprv lokálne ohrieva obrobok a potom vytvára roztavený kúpeľ. Jemné kovové prášky sa potom rozprašujú z dýzy laserovej spracovacej hlavy priamo do roztaveného kúpeľa. Počas vysokorýchlostného laserového tavenia kovu sa častice prášku už zahrievajú takmer na teplotu topenia nad povrchom substrátu. V dôsledku toho je potrebný kratší čas na roztavenie častíc prášku.
Účinok: výrazné zvýšenie rýchlosti procesu. Vďaka menším tepelným účinkom umožňuje vysokorýchlostné laserové tavenie kovu nanášať aj materiály, ktoré sú veľmi citlivé na teplo, ako sú hliníkové zliatiny a zliatiny liatiny. S procesom HS-LMD je možné dosiahnuť na rotačne symetrických povrchoch vysoké povrchové rýchlosti až 1500 cm²/min, pričom je možné realizovať rýchlosti posuvu až niekoľko stoviek metrov za minútu.
Drahé diely alebo formy je možné rýchlo a jednoducho opraviť kovovým povlakom laserovým práškovým laserom. Poškodenie, veľké alebo malé, je možné opraviť rýchlo a takmer bez stôp. Možné sú aj dizajnové zmeny. To šetrí čas, energiu a materiál. Najmä pre drahé kovy, ako je nikel alebo titán, sa to celkom oplatí. Typickými príkladmi použitia sú lopatky turbín, rôzne piesty, ventily, hriadele alebo formy.
Laserové tepelné spracovanie
Na jednom čipe sú namontované tisíce miniatúrnych laserov (VCSEL). Každý žiarič je vybavený 56 takýmito čipmi, pričom modul pozostáva z niekoľkých žiaričov. Obdĺžniková oblasť žiarenia môže obsahovať milióny mikrolaserov a môže mať výkon niekoľko kilowattov infračerveného lasera.
VCSEL generujú blízke infračervené lúče s intenzitou žiarenia 100 W/cm² pomocou veľkého, smerového pravouhlého prierezu lúča. V zásade je táto technológia vhodná pre všetky priemyselné procesy, ktoré vyžadujú mimoriadne presné ovládanie povrchu a teploty.
Laserové moduly tepelného spracovania sú vhodné najmä pre aplikácie s veľkým plošným ohrevom, kde sa vyžaduje presnosť a flexibilita. V porovnaní s konvenčnými metódami ohrevu ponúka tento nový proces ohrevu vyšší stupeň flexibility, presnosti a úspory nákladov.
Táto technológia môže byť použitá na utesnenie vrecúšok buniek, aby sa zabránilo pokrčeniu fólie, čím sa predlžuje životnosť buniek. Môže byť tiež použitý v aplikáciách, ako sú fólie na sušenie článkov, svetelná impregnácia solárnych panelov a presná úprava oblasti, ktorá sa má vyhrievať pre špecifické materiály, ako sú oceľové a kremíkové doštičky.
Laserové leštenie
Mechanizmustechnológia laserového lešteniaje povrchová úzka fúzia a povrchová fúzia, ktorá spočíva v pretavení povrchu a opätovnom stuhnutí laserom pretavenej vrstvy. Keď je kovový povrch ožiarený laserom s dostatočne vysokou energiou, povrch prechádza určitým stupňom pretavenia a redistribúcie a hladké povrchy sa dosiahnu povrchovým ťahovým napätím a gravitáciou pred stuhnutím.
Celá hrúbka taviacej vrstvy je menšia ako výška žľabu po vrchol, čo umožňuje, aby celý roztavený kov naplnil blízke žľaby, pričom hnacou silou tohto plnenia je kapilárny efekt, zatiaľ čo hrubšia taviaca vrstva indukuje tekutý kov. prúdiť smerom von zo stredu taveniny, pričom hnacou silou pre redistribúciu je termo-kapilárny efekt alebo Marconiho efekt.
Príklady použitia, ako je keramika z karbidu kremíka, materiál pre ľahké a veľké optické komponenty teleskopov (najmä veľké a zložité zrkadlá). technika na presné leštenie povrchov. Úpravou povrchu RB-SiC vopred potiahnutého Si práškom femtosekundovým laserom je možné získať optický povrch s drsnosťou povrchu Sq 4,45 nm už po 4,5 hodinách leštenia, čo zvyšuje účinnosť leštenia viac ako trojnásobne v porovnaní s priame brúsenie a leštenie. Laserové leštenie je tiež široko používané pri leštení foriem, vačiek a lopatiek turbín.
Laserové tryskanie
Laserový nárazový peening, tiež známy ako laserové otryskávanie, je ožarovanie povrchu kovových častí, povrchového kovu (alebo absorpčnej vrstvy) laserom s vysokou hustotou energie, vysokým ohniskom a krátkym pulzom (λ=1053 nm). vysoká hustota výkonu úlohy lasera pri okamžitom vzniku plazmovej explózie, explózie rázovej vlny v obmedzeniach na ohraničujúcej vrstve kovových častí vo vnútri prenosu tak, že povrchová vrstva zŕn vyvoláva tlakovú plastickú deformáciu povrchu vrstva dielov v hrubšom rozsahu Získajte zvyškové tlakové napätie, zjemnenie zrna a ďalšie účinky na spevnenie povrchu. V porovnaní s tradičným mechanickým tryskaním má nasledujúce výhody
1. Silná smerovosť: laser pôsobí na kovový povrch pod kontrolovaným uhlom, s vysokou účinnosťou premeny energie, pričom uhol dopadu mechanického projektilu je náhodný;
2. Veľká sila: výbuch plazmy vybuchujúci laserom generovaný okamžitým tlakom až niekoľko GPa; hustota výkonu: maximálna hustota výkonu laserového dopadu dosahuje niekoľko desiatok GW/cm2;
Dobrá integrita povrchu: dopad lasera na povrch nemá takmer žiadny efekt rozprašovania a po mechanickom otryskávaní je povrchová morfológia poškodená, čím vznikajú koncentrácie napätia.
Laserový dopad po maximálnej hodnote tlakového napätia je lepší, povrchové zvyškové tlakové napätie sa zvýšilo asi o 40 percent až 50 percent, výrazne sa zlepšila únavová životnosť obrobku, odolnosť voči vysokej teplote a ohybu a ďalšie súvisiace ukazovatele číselnej hodnoty . V súčasnosti sa uplatňuje v oblasti povrchovej úpravy lietadiel, povrchovej úpravy leteckých motorov a pod.
