Laserová technológia je už dlho známa svojim širokým využitím pri zváraní, rezaní a označovaní. V posledných dvoch rokoch, s postupnou popularizáciou laserového čistenia, sa pojem laserová povrchová úprava dostával čoraz viac do centra pozornosti ľudí a objavoval sa v povedomí ľudí. Laserové spracovanie je bezkontaktné, vysoko flexibilné, vysokorýchlostné a bezhlučné, s malou tepelne ovplyvnenou zónou a bez poškodenia substrátu, bez spotrebného materiálu a šetrné k životnému prostrediu a nízkouhlíkové.
Okrem laserového čistenia má laserová povrchová úprava v skutočnosti mnoho aplikačných kategórií, ako je laserové leštenie, laserové opláštenie, laserové kalenie atď. Tieto metódy sa používajú na zmenu špecifických fyzikálnych a chemických vlastností povrchu materiálu, ako je napr. hydrofóbne, alebo pomocou laserových impulzov na vytvorenie malých priehlbín s priemerom asi 10 mikrónov a hĺbkou len niekoľko mikrónov, aby sa zvýšila drsnosť a zlepšila priľnavosť k povrchu.
Poznáte okrem čistenia laserom aj nasledujúce metódy povrchovej úpravy laserom?
01. Kalenie laserom
Laserové kalenie je jedným z riešení pre spracovanie vysoko namáhaných zložitých dielov. Dokáže vyrobiť diely s vysokým opotrebením, ako sú vačkové hriadele a ohýbacie nástroje, aby odolali vyššiemu namáhaniu a predĺžili životnosť.
Jeho princípom je preusporiadanie atómov uhlíka v kovovej mriežke (austenizácia) zahriatím povrchu obrobku obsahujúceho uhlík na teplotu mierne pod teplotou topenia (900-1400 stupeň absorbuje sa 40 % energie žiarenia) a potom laserový lúč stabilne ohrieva povrch pozdĺž smeru posuvu. Pri pohybe laserového lúča sa okolitý materiál rýchlo ochladzuje a kovová mriežka sa nemôže vrátiť do svojej pôvodnej podoby, čím vzniká martenzit, ktorý výrazne zvyšuje tvrdosť.
Hĺbka kalenia vonkajšej vrstvy uhlíkovej ocele dosiahnutá kalením laserom je zvyčajne 0.1-1,5 mm a pri niektorých materiáloch môže byť 2,5 mm alebo viac. V porovnaní s tradičnými metódami kalenia sú jeho výhody:
1. Cieľový tepelný príkon je obmedzený na rovnakú oblasť, takže počas spracovania nedochádza takmer k žiadnemu deformovaniu komponentov. Náklady na prepracovanie sú znížené alebo dokonca úplne eliminované:
2. Môže tiež vytvrdzovať na zložitých geometrických povrchoch a presných častiach a môže dosiahnuť presné vytvrdenie lokálne obmedzených funkčných povrchov, ktoré nemožno zakaliť tradičnými metódami kalenia:
3. Žiadne skreslenie. Tradičné kaliace procesy spôsobujú deformácie v dôsledku vyššieho energetického vstupu a kalenia, ale pri laserových kaliacich procesoch je možné vďaka laserovej technológii a regulácii teploty presne kontrolovať prívod tepla. Komponent zostáva takmer v pôvodnom stave:
4. Geometriu tvrdosti súčiastky je možné zmeniť „okamžite“. To znamená, že nie je potrebné prerábať optiku/celý systém.
02. Laserové textúrovanie
Laserové textúrovanie je jedným z procesných prostriedkov povrchovej úpravy kovových materiálov. Počas procesu štruktúrovania vytvára laser vo vrstve alebo substráte pravidelne usporiadané geometrie s cieľom cielene meniť technické vlastnosti a vyvíjať nové funkcie. Proces je zhruba založený na použití laserového žiarenia (zvyčajne laserov s krátkym pulzom) na generovanie pravidelne usporiadaných geometrií na povrchu reprodukovateľným spôsobom. Laserový lúč kontrolovaným spôsobom taví materiál a pomocou vhodného riadenia procesu tuhne do definovanej štruktúry.
Napríklad hydrofóbna povrchová štruktúra umožňuje vode stekať z povrchu. Táto vlastnosť môže byť dosiahnutá vytvorením submikrónových štruktúr na povrchu pomocou ultrakrátkych pulzných laserov a štruktúra, ktorá sa má vytvoriť, môže byť presne kontrolovaná zmenou parametrov lasera. Dá sa dosiahnuť aj opačný efekt, ako je hydrofilný povrch:
Na lakovanie automobilových panelov musia byť na povrchu tenkej dosky rovnomerne rozmiestnené „mikro jamky“, aby sa zvýšila priľnavosť farby. Pulzný laserový lúč s frekvenciou tisícok až desaťtisíckrát za sekundu je zaostrený a dopadá na povrch valca. Na valcovanom povrchu v bode zaostrenia sa vytvorí malá kaluž taveniny. Zároveň sa malá tavná kaluž vyfukuje nabok, aby sa tavenina v tavenine mohla akumulovať čo najviac k okraju taveniny podľa špecifikovaných požiadaviek na vytvorenie oblúkového výstupku. Tieto malé výstupky a mikrojamky dokážu nielen zvýšiť drsnosť povrchu materiálu a zvýšiť priľnavosť farby, ale aj zvýšiť povrchovú tvrdosť materiálu a predĺžiť životnosť.
Niektoré charakteristiky sú generované laserovým štruktúrovaním, ako sú trecie charakteristiky alebo elektrická a tepelná vodivosť niektorých kovových materiálov. Okrem toho, laserové štruktúrovanie tiež zvyšuje pevnosť spojenia a životnosť obrobku.
Shuishang Boguang
V porovnaní s tradičnými metódami je štruktúrovanie povrchu laserom šetrnejšie k životnému prostrediu a nevyžaduje dodatočné pieskovacie prostriedky alebo chemikálie: Opakovateľný a presný laser dosahuje kontrolovanú štruktúru s presnosťou na mikrón a veľmi ľahko sa replikuje: Nízka údržba v porovnaní s mechanickými nástrojmi, ktoré rýchlo sa opotrebováva, laser je bezkontaktný a teda absolútne bez opotrebovania: Nie je potrebné žiadne dodatočné spracovanie a na laserom spracovaných dieloch nezostávajú žiadne zvyšky taveniny ani iné zvyšky po spracovaní.
03. Laserová farebná povrchová úprava
Laserové temperovanie sa často používa pri laserovej farebnej povrchovej úprave, známej aj ako laserové farebné značenie. Princíp procesu spočíva v tom, že keď laser ohrieva materiál, kov sa zahrieva mierne pod jeho bod tavenia. Pri vhodných procesných parametroch sa štruktúra brány zmení: na povrchu obrobku sa vytvorí vrstva oxidu. Keď je táto fólia vystavená svetlu, dopadajúce svetlo interferuje, aby sa v tomto čase objavili rôzne temperovacie farby. Farebná značkovacia vrstva vytvorená na povrchu sa mení s rôznymi uhlami pohľadu. Vzor značky sa tiež zmení na rôzne farby. Tieto farby zostávajú stabilné pri teplotách do cca 200 "C. Pri vyšších teplotách sa brána vráti do pôvodného stavu-značenie zmizne. Kvalita povrchu zostane úplne zachovaná. Má vysoký stupeň bezpečnosti a sledovateľnosti v anti- falšovateľské aplikácie V posledných rokoch sa vyspelo používa v oblasti medicínskej techniky. Okrem nového čierneho značenia ultrakrátkymi pulznými lasermi je veľmi vhodný aj na identifikáciu produktov, čím sa dosahuje unikátna sledovateľnosť podľa smernice UDI.
04. Laserový obklad
Ide o aditívny výrobný proces vhodný pre kovové a kovokeramické hybridné materiály. Toto je možné použiť na vytváranie alebo úpravu 3D geometrií. Laser je možné použiť aj na ich opravu alebo náter pomocou tejto výrobnej metódy. V leteckom a kozmickom sektore sa preto aditívna výroba používa na opravu lopatiek turbín.
Pri výrobe nástrojov a lisovníc je možné opraviť alebo dokonca opancierovať zlomené alebo opotrebované hrany a tvarované funkčné plochy. V energetických technológiách alebo petrochémii sú ložiská, valčeky alebo hydraulické komponenty potiahnuté na ochranu proti opotrebovaniu a korózii. Aditívna výroba sa používa aj v automobilovom priemysle. Upravuje sa tu veľké množstvo komponentov.
Pri bežnom laserovom nanášaní kovu laserový lúč najprv ohrieva obrobok lokálne a potom vytvorí roztavenú nádrž. Jemný kovový prášok sa potom strieka priamo do roztaveného kúpeľa z dýzy laserovej spracovacej hlavy. Pri vysokorýchlostnom laserovom nanášaní kovu sú častice prášku už zahriate takmer na teplotu topenia nad povrchom substrátu. Preto je potrebný kratší čas na roztavenie častíc prášku.
Účinok: výrazne zvýšená rýchlosť procesu. Vďaka zníženým tepelným účinkom je možné pomocou vysokorýchlostného laserového nanášania pokovovať aj materiály veľmi citlivé na teplo, ako sú zliatiny hliníka a zliatiny liatiny. Na rotačne symetrických povrchoch je možné pomocou procesu HS-LMD dosiahnuť vysoké povrchové rýchlosti až 1500 ot./min. cm/min. Zároveň sa dosahuje rýchlosť posuvu až niekoľko sto metrov za minútu.
Opravte drahé komponenty alebo formy rýchlo a jednoducho pomocou laserového nanášania prášku. Poškodenie všetkých veľkostí je možné opraviť rýchlo a takmer bez zanechania stopy. Možné sú aj dizajnové zmeny. To šetrí čas, energiu a materiál. To sa oplatí najmä pri drahých kovoch ako je nikel alebo titán. Typickými príkladmi použitia sú lopatky turbín, rôzne piesty, ventily, hriadele alebo formy.
05. Laserové tepelné spracovanie
Tisíce mikro laserov (VCSEL) sú namontované na jednom čipe. Každý žiarič je vybavený 56 takýmito čipmi a modul pozostáva z niekoľkých žiaričov. Obdĺžnikové pole žiarenia môže obsahovať milióny mikrolaserov a môže mať výkon niekoľko kilowattov infračerveného lasera.
VCSEL generujú blízke infračervené lúče s intenzitou žiarenia 100 W/cm² s veľkým, smerovým pravouhlým prierezom lúča. V zásade je táto technológia vhodná pre všetky priemyselné procesy, ktoré vyžadujú extrémne vysokú presnosť kontroly povrchu a teploty.
Laserové moduly tepelného spracovania sú vhodné najmä pre veľkoplošné vykurovacie aplikácie s náročnými a flexibilnými požiadavkami. V porovnaní s tradičnými metódami vykurovania má tento nový proces vykurovania vyššiu flexibilitu, presnosť a úsporu nákladov.
Táto technológia môže byť použitá na utesnenie vrecových článkov, aby sa zabránilo pokrčeniu hliníkovej fólie, čím sa predlžuje životnosť batérie. Môže sa tiež použiť na sušenie hliníkovej fólie batérie, solárnych panelov na namáčanie svetla a presné spracovanie vykurovacej plochy špecifických materiálov (ako sú oceľové a kremíkové doštičky).
06. Laserové leštenie
Mechanizmom technológie laserového leštenia je povrchové úzke natavenie a povrchové pretavenie, založené na povrchovom pretavení a opätovnom stuhnutí laserom pretavenej vrstvy. Pri ožiarení kovového povrchu dostatočne vysokoenergetickým laserom dochádza na jeho povrchu k určitému stupňu pretavenia a redistribúcie a pôsobením povrchového ťahového napätia a gravitácie sa dosiahne hladký povrch pred stuhnutím.
Celá hrúbka roztavenej vrstvy je menšia ako výška od žľabu po vrchol, takže celý roztavený kov sa naplní do blízkeho žľabu. Hnacia sila pre túto náplň je dosiahnutá prostredníctvom kapilárneho efektu, zatiaľ čo hrubšia vrstva spôsobí, že tekutý kov bude vytekať smerom von zo stredu roztaveného kúpeľa. Hnacou silou je tepelný kapilárny efekt alebo Marconiho efekt, aby sa mohol prerozdeliť.
Shuici Bieguang
Medzi aplikačné prípady patrí keramika z karbidu kremíka, ktorá sa používa ako optické komponenty svetelných a veľkých ďalekohľadov (najmä reflektory veľkých rozmerov a zložito tvarované). RB-SiC je typický materiál s vysokou tvrdosťou v komplexnej fáze a jeho technológia presného leštenia povrchu je náročná a neefektívna. Povrch RB-SiC vopred potiahnutý Si práškom je upravený femtosekundovým laserom. Už po 4,5 hodinách leštenia je možné získať optický povrch s drsnosťou povrchu Sq 4,45 nm. V porovnaní s priamym brúsením a leštením sa účinnosť leštenia zvyšuje viac ako 3-krát. Laserové leštenie je tiež široko používané pri leštení foriem, vačiek a lopatiek turbín.
07. Laserový výstrel
Posilňovanie laserovým šokom, tiež známe ako laserové otryskávanie, je ožarovanie povrchu kovových dielov laserom s vysokou hustotou energie, vysokým zaostrením a krátkym pulzom (λ=1053 nm). Povrchový kov (alebo absorpčná vrstva) okamžite vytvorí plazmovú explóziu pod pôsobením vysokovýkonného lasera. Nárazová vlna výbuchu sa prenáša do vnútra kovovej časti pod obmedzením obmedzujúcej vrstvy, čo spôsobí, že povrchové zrná vytvoria tlakovú plastickú deformáciu a získajú zvyškové tlakové napätie, zjemnenie zŕn a ďalšie účinky spevnenia povrchu v hrubšom rozsahu povrch dielu. V porovnaní s tradičným mechanickým brokovaním má nasledujúce výhody:
1. Silná smerovosť: Laser pôsobí na kovový povrch pod kontrolovateľným uhlom, s vysokou účinnosťou premeny energie, pričom uhol dopadu mechanického projektilu je náhodný:
2. Veľká sila: Okamžitý tlak generovaný plazmovým otryskávaním je až niekoľko GPa: Vysoká hustota výkonu: Najvyššia hustota výkonu laserového nárazu dosahuje niekoľko až desiatok GW//cm2:
3. Dobrá celistvosť povrchu: Náraz laserom nemá na povrch takmer žiadny rozprašovací efekt, zatiaľ čo po mechanickom otryskávaní je morfológia povrchu poškodená a dochádza ku koncentrácii napätia.
Maximálna hodnota tlakového napätia po dopade lasera je lepšia a povrchové zvyškové tlakové napätie sa zvýši asi o 40%~50%, čo výrazne zlepšuje hodnoty súvisiacich ukazovateľov, ako je únavová životnosť, vysoká teplotná odolnosť a tvarovanie ohybu. obrobok. Uplatňuje sa v oblasti povrchovej úpravy lietadiel a povrchovej úpravy leteckých motorov.
