От дълго време лазерната технология е известна с широкото си използване при заваряване, рязане и маркиране и едва през тези две години, с постепенното популяризиране на лазерното почистване, концепцията за лазерна повърхностна обработка става все по-популярна в центъра на вниманието и се появи в съзнанието на хората. Лазерна обработка по безконтактен начин, висока гъвкавост, висока скорост, без шум, малка зона на топлинно въздействие без повреда на субстрата, без консумативи и ниско съдържание на въглерод в околната среда.
Лазерната повърхностна обработка всъщност има много голям брой категории приложения в допълнение към лазерното почистване, като лазерно полиране, лазерно облицоване, лазерно закаляване и т.н. Тези методи се използват за промяна на специфичните физикохимични свойства на повърхността на материала, например, за да се направи повърхността обработена в хидрофобна функция, или лазерни импулси за производство на диаметър от около 10 микрона, дълбочина от само няколко микрона малки вдлъбнатини , като начин за увеличаване на грапавостта, подобряване на повърхностната адхезия и т.н.
В допълнение към лазерното почистване, знаете ли следните видове лазерно третиране на повърхности?
Лазерно закаляване
Лазерното закаляване е едно от решенията за обработка на силно напрегнати и сложни части, което позволява части с по-високо износване, като разпределителни валове и инструменти за огъване, да бъдат подложени на по-високи напрежения за по-дълъг живот.
Той работи чрез нагряване на обвивката на детайл, съдържащ въглерод, до температура малко под температурата на топене (900 - 1400 градуса, 40 процента от излъчената мощност се абсорбира), така че въглеродните атоми в металната решетка да се пренаредят ( аустенитизация), след което лазерният лъч нагрява повърхността стабилно в посоката на подаване и материалът около лазерния лъч се охлажда толкова бързо, докато лазерният лъч се движи, че металната решетка не може да се върне в първоначалната си форма, което води до мартензит, който Това води до мартензит и значително увеличаване на твърдостта.
Дълбочината на закаляване на външните слоеве от въглеродна стомана, постигната чрез лазерно закаляване, обикновено е 0.1-1.5 mm и може да бъде 2,5 mm или повече при някои материали. Предимствата пред конвенционалните методи на закаляване са:
- Целевото подаване на топлина е ограничено до локализирана област, което на практика не води до деформация на компонентите по време на обработка. Разходите за преработване са намалени или дори елиминирани напълно;
- Закаляване дори на сложни геометрии и прецизни компоненти, позволяващи прецизно закаляване на локално ограничени функционални повърхности, които не могат да бъдат закалени чрез конвенционални методи на закаляване;
- без изкривяване. Конвенционалните процеси на закаляване предизвикват изкривяване поради по-висок енергиен внос и закаляване, но по време на лазерно втвърдяване вложената топлина може да се контролира прецизно благодарение на лазерната технология и контрола на температурата. Компонентът остава почти непокътнат;
- Геометрията на твърдостта на компонента може да се променя бързо и "в движение". Това означава, че няма нужда от преобразуване на оптиката/цялата система.
Лазерно подстригване
Лазерното шлифоване е един от процесите за повърхностна модификация на метални материали. В процеса на структуриране лазерът създава редовно подредени геометрии в слоеве или субстрати, за да насочи промените в техническите свойства и да разработи нови функции. Процесът обикновено включва използването на лазерно лъчение (обикновено кратки импулси на лазерна светлина) за генериране на редовно подредени геометрии върху повърхността по възпроизводим начин. Лазерният лъч разтопява материала по контролиран начин и се втвърдява в дефинираната структура чрез подходящо управление на процеса.
Снимка
Хидрофобните повърхностни структури, например, позволяват на водата да изтича от повърхността. Създаването на субмикронни структури върху повърхности с ултракъси импулсни лазери позволява това свойство да бъде реализирано и създадената структура може да бъде прецизно контролирана чрез промяна на лазерните параметри. Може да се постигне и обратен ефект, например хидрофилни повърхности.
За боядисване на автомобилни панели е необходимо да се разпределят равномерно "микро-ямки" върху повърхността на листа, за да се подобри адхезията на боята. Импулсен лазерен лъч с хиляди до десетки хиляди импулси в секунда се фокусира и след това пада върху повърхността на ролките, за да образува малка разтворима локва на повърхността на ролките в точката на фокусиране и в същото време странично- издухване на малката разтворима вана, така че разтопеният материал в разтворимата вана да се натрупа колкото е възможно повече в разтворимата вана според определените изисквания. Ръбът на образуването на дъгообразни раздели, тези малки раздели и микро-ямки могат не само да подобрят грапавостта на повърхността на материала, за да увеличат адхезията на боята, но също така да подобрят повърхностната твърдост на материала, за да удължат експлоатационния живот.
Някои свойства се генерират чрез лазерно структуриране, като свойствата на триене или електрическата и топлопроводимостта на някои метални материали. В допълнение, лазерното структуриране увеличава здравината на залепване и експлоатационния живот на детайла.
В сравнение с традиционните методи, лазерното структуриране на повърхности е по-екологично, не изисква допълнителни абразивни бластиращи агенти или химикали; повтарящи се и прецизни, лазерите постигат контролирани структури, които са точни до микрона и са много лесни за възпроизвеждане; лесни за поддръжка, лазерите са безконтактни и следователно абсолютно неизносващи се в сравнение с бързо износващите се механични инструменти; и няма нужда от последваща обработка, без остатъци от стопилка или други машинни остатъци върху лазерно обработената част.
Повърхностна обработка с лазерно разпръскване
Лазерното темпериране обикновено се използва при лазерно цветно напластяване, известно още като лазерно цветно маркиране. Принципът на процеса е, че когато лазерът загрее материала, металът ще бъде локално нагрят до малко под неговата точка на топене, в подходящите параметри на процеса, по това време структурата на портата ще се промени; на повърхността на детайла ще се образува оксиден слой, този слой от филм в светлинното облъчване, намесата на падащата светлина, така че разнообразие от темпериращ цвят в този момент, повърхността на генериране на слой от цветен маркиращ слой, заедно без да е необходимо да променяте ъгъла на наблюдение, шаблонът за маркиране ще бъде променен от различни различни цветове.
Droplet Laser публикува доклад за ултрабързо лазерно цветно третиране на повърхността
Тези цветове остават температурно стабилни до около 200 градуса. При по-високи температури портата се стабилизира по температура. При по-високи температури портата се връща в първоначалното си състояние - маркировката изчезва. Качеството на повърхността ще остане непокътнато. Висока степен на сигурност и проследимост в приложенията против фалшифициране. В допълнение към новото черно маркиране с ултракъси импулсни лазери, той също така е идеален за маркиране на продукти и по този начин за уникална проследимост съгласно UDI директивата.
Лазерно облицоване
е адитивен производствен процес за хибридни материали от метал и металокерамика. С това могат да се създават или модифицират 3D геометрии. Използвайки този производствен метод, лазерът може да се използва и за ремонт или покритие. Следователно в аерокосмическия сектор производството на добавки се използва за ремонт на турбинни перки.
При производството на инструменти и матрици напуканите или износени ръбове и оформените функционални повърхности могат да бъдат поправени или дори локално армирани. За да се предотврати износването и корозията, местата на лагерите, ролките или хидравличните компоненти са покрити с енергийна технология или нефтохимия. А адитивното производство се използва и в автомобилното производство. Тук са подобрени множество компоненти.
При конвенционалното лазерно топене на метал лазерният лъч първо локално загрява детайла и след това образува разтопен басейн. След това фин метален прах се впръсква директно в разтопения басейн от дюзата на лазерната обработваща глава. По време на високоскоростно лазерно топене на метал прахообразните частици вече са нагрети почти до температура на топене над повърхността на субстрата. В резултат на това е необходимо по-малко време за стопяване на прахообразните частици.
Ефектът: значително увеличаване на скоростта на процеса. Благодарение на по-ниския топлинен ефект, високоскоростното лазерно топене на метал също прави възможно покриването на материали, които са много чувствителни към топлина, като алуминиеви сплави и чугунени сплави. С процеса HS-LMD могат да се постигнат високи повърхностни скорости до 1500 cm²/min върху ротационно симетрични повърхности, докато могат да се реализират скорости на подаване до няколкостотин метра в минута.
Скъпите части или форми могат да бъдат ремонтирани бързо и лесно с лазерно прахово лазерно метално покритие. Щетите, големи или малки, могат да бъдат поправени бързо и почти без следи. Възможни са и промени в дизайна. Това спестява време, енергия и материали. Особено за скъпи метали като никел или титан, това е доста полезно. Типични примери за приложения са турбинни лопатки, различни бутала, клапани, валове или форми.
Лазерна топлинна обработка
Хиляди миниатюрни лазери (VCSEL) са монтирани на един чип. Всеки излъчвател е оборудван с 56 такива чипа, докато модулът се състои от няколко излъчвателя. Правоъгълната зона на излъчване може да съдържа милиони микролазери и може да изведе няколко киловата инфрачервена лазерна мощност.
VCSEL генерират близки инфрачервени лъчи с интензитет на излъчване от 100 W/cm² посредством голямо, насочено правоъгълно напречно сечение на лъча. По принцип тази технология е подходяща за всички индустриални процеси, които изискват изключително прецизен контрол на повърхността и температурата.
Модулите за лазерна термична обработка са особено подходящи за приложения за отопление на големи площи, където се изисква прецизност и гъвкавост. В сравнение с конвенционалните методи за нагряване, този нов процес на нагряване предлага по-висока степен на гъвкавост, прецизност и спестяване на разходи.
Технологията може да се използва за запечатване на торбички от батерийни клетки, предотвратявайки набръчкването на алуминиевото фолио и по този начин удължавайки живота на батерията. Може да се използва и в приложения като сушене на клетъчно фолио, фотоимпрегниране на слънчеви панели и прецизно третиране на зоната, която ще се нагрява със специфични материали като стоманени и силиконови пластини.
Лазерно полиране
Механизмът на технологията за лазерно полиране е повърхностно стесняване и повърхностно претопяване, което разчита на повторното топене на повърхността и повторното втвърдяване на лазерно претопения слой. Когато метална повърхност се облъчва от лазер с достатъчно висока енергия, повърхността претърпява известна степен на претопяване, преразпределение и гладки повърхности се постигат чрез повърхностно напрежение на опън и гравитация преди втвърдяване.
Цялата дебелина на топящия се слой е по-малка от височината от корито до пика, като по този начин позволява на целия стопен метал да запълни близките корита, запълване, задвижвано от капилярния ефект, докато по-дебелият топящ се слой кара течния метал да изтича навън от центъра на басейна от стопилка, задвижван от термокапилярния ефект или ефекта на Маркони, което позволява неговото преразпределение.
Примери за приложение като силициево-карбидна керамика, материалът за лека оптика на големи телескопи (особено големи огледала със сложна форма). RB-SiC, като типичен материал със сложна фаза с висока твърдост, е технически трудно за повърхностно прецизно полиране с ниска ефективност. Чрез модифициране на повърхността на RB-SiC, предварително покрита със Si прах чрез фемтосекунден лазер, може да се получи оптична повърхност с повърхностна грапавост Sq от 4,45 nm само след 4,5 часа полиране, което подобрява ефективността на полиране с повече от три пъти в сравнение с директно шлайфане и полиране. Лазерното полиране също се използва широко при полирането на форми, гърбици и турбинни лопатки.
Лазерно изстрелване
Лазерното ударно проникване, известно също като лазерно ударно проникване, е лазерно облъчване с висока енергийна плътност, висок фокус и къс импулс (λ=1053nm) на повърхността на металните части, повърхностния метал (или абсорбционния слой) в висока плътност на мощността на лазера под действието на мигновеното образуване на плазмена експлозия, експлозията на ударната вълна в ограниченията върху ограничаващия слой на ограничаващия слой на вътрешния трансфер на металните части, така че повърхностният слой на зърната за създаване на пластична деформация на натиск в частите на повърхностния слой с по-дебел диапазон Получаване на остатъчно напрежение на натиск, усъвършенстване на зърното и други ефекти на укрепване на повърхността. В сравнение с традиционното механично бластиране има следните предимства:
- Силна насоченост: лазерът действа върху металната повърхност под контролиран ъгъл, висока ефективност на преобразуване на енергия, докато механичният ъгъл на удара на снаряда е случаен;
- Голяма сила: лазерно взривяване на плазмен взрив, генериран от моментно налягане до няколко GPa; плътност на мощността: пикова плътност на мощността на лазерно въздействие от няколко до десетки GW/cm2;
- Добра цялост на повърхността: лазерното въздействие върху повърхността почти няма ефект на разпръскване, докато при механичното дробестене морфологията на повърхността е повредена, за да се получи концентрация на напрежение.
Лазерното въздействие след максималната стойност на напрежението на натиск е по-добро, остатъчното напрежение на натиск на повърхността се увеличава с около 40 процента до 50 процента, животът на детайла при умора, устойчивостта на висока температура и формоването на огъване и други свързани показатели на числената стойност са значително подобрени . В момента се прилага в областта на повърхностната обработка на самолети, повърхностна обработка на авиационни двигатели и т.н. Преведено с www.DeepL.com/Translator (безплатна версия)
