Technologie povrchové úpravy laserem jiná než čištění laserem

Laserová technologie je již dlouhou dobu známá svým širokým využitím při svařování, řezání a značení. V posledních dvou letech, s postupnou popularizací laserového čištění, se pojem laserová povrchová úprava stále více dostával do středu pozornosti lidí a objevoval se v povědomí lidí. Laserové zpracování je bezkontaktní, vysoce flexibilní, vysokorychlostní a bezhlučné, s malou tepelně ovlivněnou zónou a bez poškození substrátu, bez spotřebního materiálu, šetrné k životnímu prostředí a nízkouhlíkové.

Kromě laserového čištění má laserová povrchová úprava ve skutečnosti mnoho aplikačních kategorií, jako je laserové leštění, laserové plátování, laserové kalení atd. Tyto metody se používají ke změně specifických fyzikálních a chemických vlastností povrchu materiálu, jako je výroba povrchového procesu hydrofobní, nebo pomocí laserových pulsů k vytvoření malých prohlubní o průměru asi 10 mikronů a hloubce pouze několik mikronů, aby se zvýšila drsnost a zlepšila přilnavost k povrchu.

Znáte kromě čištění laserem i následující metody povrchové úpravy laserem?

01. Kalení laserem
Laserové kalení je jedním z řešení pro zpracování vysoce namáhaných složitých dílů. Díky němu mohou díly s vysokým opotřebením, jako jsou vačkové hřídele a ohýbací nástroje, odolávat vyššímu namáhání a prodlužovat životnost.

Jejím principem je přeskupení atomů uhlíku v kovové mřížce (austenizace) zahřátím povrchu obrobku obsahujícího uhlík mírně pod teplotu tavení (900-1400 stupeň je absorbováno 40 % energie záření) a poté laserový paprsek stabilně ohřívá povrch ve směru posuvu. Při pohybu laserového paprsku se okolní materiál rychle ochlazuje a kovová mřížka se nemůže vrátit do své původní podoby, čímž vzniká martenzit, který výrazně zvyšuje tvrdost.

Hloubka kalení vnější vrstvy uhlíkové oceli dosažená kalením laserem je obvykle 0.1-1,5 mm a u některých materiálů může být 2,5 mm nebo více. Ve srovnání s tradičními metodami kalení má výhody:
1. Cílový tepelný příkon je omezen na stejnou oblast, takže během zpracování nedochází téměř k žádné deformaci komponent. Náklady na přepracování jsou sníženy nebo dokonce zcela odstraněny:
2. Může také vytvrdit na složitých geometrických površích a přesných dílech a může dosáhnout přesného vytvrzení místně omezených funkčních povrchů, které nelze zakalit tradičními metodami kalení:
3. Žádné zkreslení. Tradiční procesy kalení produkují deformace v důsledku vyššího energetického vstupu a kalení, ale v procesech laserového kalení lze díky laserové technologii a řízení teploty přesně řídit přívod tepla. Komponenta zůstává téměř v původním stavu:
4. Geometrii tvrdosti součásti lze změnit „okamžitě“. To znamená, že není potřeba převádět optiku/celý systém.

02. Laserové texturování
Laserové texturování je jedním z procesních prostředků povrchové úpravy kovových materiálů. Při procesu strukturování vytváří laser ve vrstvě nebo substrátu pravidelně uspořádané geometrie za účelem cílené změny technických vlastností a vývoje nových funkcí. Tento proces zhruba spočívá v použití laserového záření (obvykle lasery s krátkým pulsem) k vytvoření pravidelně uspořádaných geometrií na povrchu reprodukovatelným způsobem. Laserový paprsek řízeným způsobem taví materiál a vhodným řízením procesu tuhne do definované struktury.

Například hydrofobní povrchová struktura umožňuje vodě stékat z povrchu. Této vlastnosti lze dosáhnout vytvořením submikronových struktur na povrchu pomocí ultrakrátkých pulzních laserů a vytvořenou strukturu lze přesně řídit změnou parametrů laseru. Lze také dosáhnout opačného efektu, jako je hydrofilní povrch:

Pro lakování automobilových panelů musí být na povrchu tenké desky rovnoměrně rozmístěny "mikro-pity", aby se zvýšila přilnavost barvy. Pulzní laserový paprsek s frekvencí tisíckrát až desetitisíckrát za sekundu je zaostřen a dopadá na povrch válce. Na valivém povrchu v bodě zaostření se vytvoří malá kaluž taveniny. Současně je malá lázeň taveniny vyfukována do strany, aby se tavenina v lázni taveniny nashromáždila co nejvíce k okraji lázně taveniny podle specifikovaných požadavků a vytvořila obloukovitý výstupek. Tyto malé nálitky a mikroprohlubně mohou nejen zvýšit drsnost povrchu materiálu a zvýšit přilnavost barvy, ale také zvýšit povrchovou tvrdost materiálu a prodloužit životnost.

Některé charakteristiky jsou generovány laserovým strukturováním, jako jsou třecí charakteristiky nebo elektrická a tepelná vodivost některých kovových materiálů. Navíc laserové strukturování také zvyšuje pevnost spoje a životnost obrobku.

Shuishang Boguang
Ve srovnání s tradičními metodami je strukturování povrchu laserem šetrnější k životnímu prostředí a nevyžaduje další pískovací prostředky nebo chemikálie: Opakovatelný a přesný laser dosahuje kontrolované struktury s přesností na mikrony a lze jej velmi snadno replikovat: Nízká údržba ve srovnání s mechanickými nástroji, které rychle se opotřebovává, laser je bezkontaktní a tudíž absolutně bez opotřebení: Není nutné žádné dodatečné zpracování a na laserem zpracovaných dílech nezůstávají žádné zbytky taveniny ani jiné zbytky po zpracování.

03. Laserová barevná povrchová úprava
Laserové temperování se často používá při laserové barevné povrchové úpravě, známé také jako laserové barevné značení. Princip procesu spočívá v tom, že když laser zahřeje materiál, kov se zahřeje mírně pod jeho bod tání. Za vhodných procesních parametrů se struktura brány změní: na povrchu obrobku se vytvoří vrstva oxidu. Když je tato fólie vystavena světlu, dopadající světlo ruší, aby se v tomto okamžiku objevily různé temperovací barvy. Barevná značkovací vrstva vytvořená na povrchu se mění s různými úhly pohledu. Vzor značky se také změní v různé barvy. Tyto barvy zůstávají stálé při teplotách do cca 200 °C. Při vyšších teplotách se brána vrátí do původního stavu-označení zmizí. Kvalita povrchu zůstane zcela zachována. Má vysoký stupeň bezpečnosti a sledovatelnosti v anti- padělatelské aplikace V posledních letech se vyspěle používá v oblasti lékařské techniky Kromě nového černého značení ultrakrátkým pulzním laserem je velmi vhodný i pro identifikaci výrobků, čímž je dosaženo jedinečné sledovatelnosti podle směrnice UDI.

04. Laserové opláštění
Jedná se o aditivní výrobní proces vhodný pro kovové a metalokeramické hybridní materiály. To lze použít k vytváření nebo úpravě 3D geometrií. Pomocí tohoto výrobního postupu je lze laserem také opravit nebo potáhnout. V leteckém průmyslu se proto aditivní výroba používá k opravám lopatek turbín.

Při výrobě nástrojů a zápustek mohou být zlomené nebo opotřebované hrany a tvarované funkční plochy opraveny nebo dokonce pancéřovány. V energetických technologiích nebo petrochemii jsou ložiska, válečky nebo hydraulické komponenty opatřeny povlakem, který chrání proti opotřebení a korozi. Aditivní výroba se používá také v automobilovém průmyslu. Je zde upraveno velké množství komponent.

Při konvenčním laserovém nanášení kovu laserový paprsek nejprve lokálně ohřeje obrobek a poté vytvoří roztavenou lázeň. Jemný kovový prášek je pak rozprašován přímo do roztavené lázně z trysky laserové zpracovatelské hlavy. Při vysokorychlostním laserovém nanášení kovu jsou částice prášku již zahřáté téměř na teplotu tání nad povrchem substrátu. Proto je k roztavení částic prášku potřeba méně času.

Efekt: výrazně zvýšená rychlost procesu. Díky sníženým tepelným účinkům mohou být také materiály velmi citlivé na teplo, jako jsou hliníkové slitiny a slitiny litiny, nanášeny pomocí vysokorychlostního laserového nanášení kovů. Na rotačně symetrických površích lze pomocí procesu HS-LMD dosáhnout vysokých povrchových rychlostí až 1500 ot./min. cm/min. Současně je dosahováno rychlosti posuvu až několik set metrů za minutu.

Opravte drahé součásti nebo formy rychle a snadno pomocí laserového nanášení prášku. Poškození všech velikostí lze opravit rychle a téměř bez zanechání stop. Změny designu jsou také možné. To šetří čas, energii a materiál. To se vyplatí zejména u drahých kovů, jako je nikl nebo titan. Typickými příklady použití jsou lopatky turbín, různé písty, ventily, hřídele nebo formy.

05. Tepelné zpracování laserem

Tisíce mikro laserů (VCSEL) jsou osazeny na jediném čipu. Každý emitor je vybaven 56 takovými čipy a modul se skládá z několika emitorů. Obdélníkové pole záření může obsahovat miliony mikrolaserů a může mít výkon několik kilowattů infračerveného laseru.

VCSEL generují blízké infračervené paprsky s intenzitou záření 100 W/cm² s velkým, směrovým obdélníkovým průřezem paprsku. V zásadě je tato technologie vhodná pro všechny průmyslové procesy, které vyžadují extrémně vysokou přesnost kontroly povrchu a teploty.

Moduly laserového tepelného zpracování jsou vhodné zejména pro aplikace velkoplošného vytápění s náročnými a flexibilními požadavky. Ve srovnání s tradičními metodami ohřevu má tento nový proces ohřevu vyšší flexibilitu, přesnost a úsporu nákladů.

Tuto technologii lze použít k utěsnění sáčkových článků, aby se zabránilo pomačkání hliníkové fólie, čímž se prodlouží životnost baterie. Lze jej také použít k sušení hliníkové fólie baterie, solárních panelů nasáklých světlem a preciznímu zpracování ohřívací plochy specifických materiálů (jako jsou ocelové a křemíkové pláty).

06. Laserové leštění
Mechanismem technologie laserového leštění je povrchové úzké natavení a povrchové přetavení, spočívající v povrchovém přetavení a opětovném ztuhnutí laserem přetavené vrstvy. Při ozáření kovového povrchu dostatečně vysokoenergetickým laserem dochází na jeho povrchu k určitému stupni přetavení a redistribuci a působením povrchového tahového napětí a gravitace je dosaženo hladkého povrchu před ztuhnutím.

Celá tloušťka roztavené vrstvy je menší než výška od žlabu k vrcholu, takže celý roztavený kov je naplněn do blízkého žlabu. Hnací síly pro toto plnění je dosaženo kapilárním efektem, zatímco silnější vrstva způsobí, že tekutý kov bude vytékat ven ze středu roztavené lázně. Hnací silou je tepelný kapilární efekt nebo Marconiho efekt, aby bylo možné jej přerozdělit.

Shuici Bieguang
Mezi aplikační případy patří keramika z karbidu křemíku, která se používá jako optické součásti světelných a velkých dalekohledů (zejména velkorozměrových a složitě tvarovaných reflektorů). RB-SiC je typický vysoce tvrdý materiál se složitou fází a jeho technologie přesného leštění povrchu je obtížná a neefektivní. Povrch RB-SiC předem potaženého Si práškem je upraven femtosekundovým laserem. Již po 4,5 hodinách leštění lze získat optický povrch s drsností povrchu Sq 4,45 nm. Ve srovnání s přímým broušením a leštěním je účinnost leštění zvýšena více než 3krát. Laserové leštění je také široce používáno při leštění forem, vaček a lopatek turbín.

07. Laserové brokování
Laserové zpevňování šokem, známé také jako laserové otryskávání, je ozařování povrchu kovových částí vysokoenergetickým, vysoce zaostřeným, krátkým pulzním laserem (λ=1053 nm). Povrchový kov (nebo absorpční vrstva) okamžitě vytvoří plazmovou explozi působením laseru s vysokou hustotou výkonu. Nárazová vlna výbuchu je přenášena do vnitřku kovové části pod omezením omezující vrstvy, což způsobuje, že povrchová zrna produkují tlakovou plastickou deformaci a získávají zbytkové tlakové napětí, zjemnění zrna a další účinky zpevnění povrchu v silnějším rozsahu. povrch dílu. Ve srovnání s tradičním mechanickým brokováním má následující výhody:
1. Silná směrovost: Laser působí na kovový povrch pod ovladatelným úhlem, s vysokou účinností přeměny energie, zatímco úhel dopadu mechanického projektilu je náhodný:
2. Velká síla: Okamžitý tlak generovaný plazmovým otryskáváním je až několik GPa: Vysoká hustota výkonu: Nejvyšší hustota výkonu laserového nárazu dosahuje několika až desítek GW//cm2:
3. Dobrá celistvost povrchu: Laserový dopad nemá na povrch téměř žádný rozprašovací efekt, zatímco po mechanickém otryskávání je morfologie povrchu poškozena a dochází ke koncentraci napětí.

Maximální hodnota tlakového napětí po dopadu laseru je lepší a povrchové zbytkové tlakové napětí je zvýšeno asi o 40%~50%, což výrazně zlepšuje hodnoty souvisejících ukazatelů, jako je únavová životnost, vysoká teplotní odolnost a ohybové tváření. obrobek. Uplatňuje se v oblasti povrchové úpravy letadel a povrchové úpravy leteckých motorů.