Протягом тривалого часу лазерна технологія була відома своїм широким використанням у зварюванні, різанні та маркуванні, і лише за ці два роки, з поступовою популяризацією лазерного очищення, концепція лазерної обробки поверхні ставала все більш і більш популярною. у центрі уваги і з'явилися у свідомості людей. Лазерна обробка безконтактним способом, висока гнучкість, висока швидкість, відсутність шуму, невелика зона термічного впливу без пошкодження підкладки, відсутність витратних матеріалів та низький екологічний рівень вуглецю.
Лазерна обробка поверхнінасправді має дуже велику кількість категорій застосування на додаток до лазерного очищення, таких як лазерне полірування, лазерне плакування, лазерне гартування тощо. Ці методи використовуються для зміни конкретних фізико-хімічних властивостей поверхні матеріалу, наприклад, щоб зробити поверхню гідрофобною, або лазерні імпульси для створення невеликих западин діаметром приблизно 10 мікрон, глибиною лише кілька мікронів. , як спосіб збільшення шорсткості, посилення адгезії поверхні і так далі.
На додаток долазерна чистка, чи знаєте ви такі види лазерної обробки поверхні?
Лазерне гасіння
Лазерне загартування є одним із рішень для обробки складних компонентів із високим навантаженням, що дозволяє підвищити навантаження та збільшити термін служби деталей із високим зносом, таких як розподільні вали та інструменти для згинання.
Він працює шляхом нагрівання оболонки заготовки, що містить вуглець, до температури, трохи нижчої за температуру плавлення (900 - 1400 градусів, поглинається 40 відсотків потужності опромінення), таким чином атоми вуглецю в металевій решітці перегруповуються ( аустенітизація), а потім лазерний промінь постійно нагріває поверхню в напрямку подачі, і матеріал навколо лазерного променя охолоджується настільки швидко, що лазерний промінь рухається, що металева решітка не може повернутися до своєї початкової форми, в результаті чого мартенситу, що спричиняє Це призводить до мартенситу та значного збільшення твердості.
Глибина зміцнення зовнішніх шарів вуглецевої сталі, досягнута за допомогою лазерного зміцнення, зазвичай становить 0.1-1.5 мм, а для деяких матеріалів може становити 2,5 мм або більше. Перевагами перед звичайними методами загартовування є:
1. Цільове підведення тепла обмежене локалізованою областю, що призводить до практично повної відсутності деформації компонентів під час обробки. Витрати на переробку зменшуються або навіть усуваються зовсім;
2. зміцнення навіть складних геометрій і прецизійних компонентів, що дозволяє точно зміцнювати локально обмежені функціональні поверхні, які неможливо зміцнити звичайними методами зміцнення;
без спотворень. Звичайні процеси загартування викликають деформацію через більшу витрату енергії та загартування, але під час лазерного загартування надходження тепла можна точно контролювати завдяки лазерній технології та контролю температури. Компонент залишається практично незайманим;
Геометрію твердості компонента можна змінювати швидко і «на льоту». Це означає, що немає необхідності змінювати оптику/систему в цілому.
Lасер волохатість
Лазерне шліфування є одним із технологічних інструментів для модифікації поверхні металевих матеріалів. У процесі структурування лазер створює регулярно розташовані геометрії в шарах або підкладках, щоб цілеспрямовано модифікувати технічні властивості та розробити нові функції. Зазвичай цей процес передбачає використання лазерного випромінювання (зазвичай коротких імпульсів лазерного світла) для генерування регулярно розташованих геометрій на поверхні у відтворюваний спосіб. Лазерний промінь розплавляє матеріал контрольованим чином і твердне у визначену структуру за допомогою відповідного керування процесом.
Наприклад, гідрофобні поверхневі структури дозволяють воді стікати з поверхні. Створення субмікронних структур на поверхнях за допомогою ультракоротких імпульсних лазерів дозволяє реалізувати цю властивість, і створювану структуру можна точно контролювати, змінюючи параметри лазера. Також може бути реалізований протилежний ефект, наприклад гідрофільні поверхні.
Щоб пофарбувати автомобільні панелі, ви повинні зробити поверхню тонкої пластини рівномірним розподілом "мікро-ямки", щоб підвищити адгезію фарби, за допомогою імпульсного лазерного променя від тисяч до десятків тисяч разів на секунду, що фокусується на поверхні падіння рулону. на рулоні, у точці фокусування на поверхні рулону, щоб утворити невеликий розчинний пул, в той же час на стороні мікророзчинного басейну, що дме, так що розчинний пул розплавленого матеріалу відповідно до заданих вимог стільки, скільки можлива купа до басейну! Край утворення дугоподібних вкладок, ці маленькі вкладки та мікро-ямки можуть не тільки підвищити шорсткість поверхні матеріалу, щоб збільшити адгезію фарби, але також покращити поверхневу твердість матеріалу, щоб продовжити термін служби.
Певні властивості генеруються лазерним структуруванням, наприклад властивості тертя або електро- та теплопровідність деяких металевих матеріалів. Крім того, лазерне структурування збільшує міцність склеювання та термін служби заготовки.
У порівнянні з традиційними методами, лазерне структурування поверхонь є більш екологічним, не потребує додаткових абразивно-струминних засобів та хімікатів; повторювані та точні лазери дозволяють створювати контрольовані структури з точністю до мікрона та дуже легкими для копіювання; низькі витрати на технічне обслуговування, лазери безконтактні і, отже, абсолютно не зношуються порівняно зі швидкозношуваними механічними інструментами; і немає потреби в подальшій обробці, на деталях, оброблених лазером, не залишається розплавів чи інших залишків механічної обробки.
Лазерне оздоблення поверхні
Лазерне загартування зазвичай використовується для лазерної обробки поверхні, також відомої як лазерне кольорове маркування. Принцип процесу полягає в тому, що лазерний нагрів матеріалу, металевий локальний нагрів трохи нижче його точки плавлення, у відповідних параметрах процесу, у цей час структура воріт зміниться; на поверхні заготовки утворюється оксидний шар, цей шар плівки під дією світлового випромінювання, втручання падаючого світла, так що в цей час різноманітний колір темперування, поверхня шару, утвореного цим шаром барвистого маркувального шару, поряд з тим, що не потрібно змінювати кут спостереження, візерунок маркування буде змінено з безлічі різних кольорів.
Ці кольори зберігають температурну стабільність до прибл. 200 градусів. При більш високих температурах ворота повертаються в початковий стан - маркування зникає. Якість поверхні зберігається незмінною. Високий ступінь безпеки та відстеження досягається в програмах для захисту від підробок. На додаток до нового чорного маркування ультракороткими імпульсними лазерами, яке за останні роки добре зарекомендувало себе в галузі медичних технологій, воно також ідеально підходить для маркування продуктів і, таким чином, для унікальної відстежуваності відповідно до директиви UDI.
Лазерне плавлення
Це адитивний процес виробництва, придатний для металевих і металокерамічних гібридних матеріалів. Завдяки цьому можна створювати або змінювати тривимірні геометрії. Використовуючи цей метод виробництва, лазери також можна використовувати для ремонту або покриття. Так, в аерокосмічному секторі для ремонту турбінних лопаток використовується адитивне виробництво.
Під час виготовлення інструментів і прес-форм тріщини або зношені краї та фасонні функціональні поверхні можна відремонтувати або навіть локально закріпити. Щоб запобігти зносу та корозії, місця розташування підшипників, ролики або гідравлічні компоненти покриті енергетичними технологіями або нафтохімією. Адитивне виробництво також використовується в автомобілебудуванні. Тут змінено багато компонентів.
У звичайному лазерному наплавленні металу лазерний промінь спочатку локально нагріває заготовку, а потім утворює розплавлену ванну. Потім дрібний металевий порошок розпилюється з сопла лазерної обробної головки безпосередньо в розплавлену ванну. При високошвидкісному лазерному плавленні металу частинки порошку вже розігріті майже до температури плавлення над поверхнею підкладки. В результаті для розплавлення частинок порошку потрібно менше часу.
Ефект: значне збільшення швидкості процесу. Завдяки меншим термічним ефектам високошвидкісна лазерна плавка металу також дає змогу покривати матеріали, які дуже чутливі до тепла, такі як алюмінієві сплави та сплави чавуну. За допомогою процесу HS-LMD можна досягти високої швидкості до 1500 см²/хв на обертально-симетричних поверхнях, а швидкість подачі може досягати кількох сотень метрів на хвилину.
Дорогі деталі або прес-форми можна швидко та легко відремонтувати за допомогою лазерного порошкового лазерного наплавлення металу. Пошкодження, великі чи малі, можна усунути швидко й майже без слідів. Також можливі зміни дизайну. Це економить час, енергію та матеріали. Особливо для дорогих металів, таких як нікель або титан, це цілком вигідно. Типовими прикладами застосувань є турбінні лопатки, різні поршні, клапани, вали або форми.
Термообробка лазером
Тисячі мініатюрних лазерів (VCSEL) встановлені на одному чіпі. Кожен випромінювач оснащений 56 такими мікросхемами, а модуль складається з декількох випромінювачів. Прямокутна зона випромінювання може містити мільйони мікролазерів і може видавати кілька кіловат потужності інфрачервоного лазера.
VCSEL генерують промені ближнього інфрачервоного діапазону з інтенсивністю випромінювання 100 Вт/см² за допомогою великого спрямованого прямокутного поперечного перерізу променя. В принципі, ця технологія підходить для всіх промислових процесів, які вимагають надзвичайно точного контролю поверхні та температури.
Модулі лазерної термообробки особливо підходять для опалення великих площ, де потрібна точність і гнучкість. У порівнянні зі звичайними методами нагрівання, цей новий процес нагрівання пропонує вищий ступінь гнучкості, точності та економії коштів.
Цю технологію можна використовувати для герметизації мішечків для клітин, щоб запобігти зморшкуванню фольги, таким чином подовжуючи термін служби клітин. Його також можна використовувати в таких сферах застосування, як сушіння фольги, світлове просочення сонячних панелей і точна обробка зони, що нагрівається, для конкретних матеріалів, таких як сталь і кремнієві пластини.
Лазерне полірування
Механізмтехнологія лазерного поліруванняце поверхнева вузька плавка та поверхнева плавка, заснована на переплавленні поверхні та повторному затвердінні шару, розплавленого лазером. Коли поверхня металу опромінюється лазером з досить високою енергією, поверхня зазнає певного ступеня переплавлення та перерозподілу, а гладкі поверхні досягаються завдяки поверхневим розтягуючим напругам і гравітації перед затвердінням.
Загальна товщина шару плавлення менша за висоту від жолоба до піку, що дозволяє всьому розплавленому металу заповнювати сусідні жолоби, рушійною силою цього заповнення є капілярний ефект, тоді як більш товстий шар плавлення індукує рідкий метал текти назовні від центру басейну розплаву, рушійною силою для перерозподілу є термокапілярний ефект або ефект Марконі.
Приклади застосування, такі як кераміка з карбіду кремнію, матеріал для легких і великих оптичних компонентів телескопів (особливо дзеркал великого розміру та складної форми). RB-SiC, як типовий високотвердий матеріал із складною фазою, має складну та неефективну роботу. техніка точного полірування поверхонь. Модифікувавши поверхню RB-SiC, попередньо покриту порошком Si, за допомогою фемтосекундного лазера, можна отримати оптичну поверхню з шорсткістю поверхні Sq 4,45 нм лише через 4,5 години полірування, що підвищує ефективність полірування більш ніж у три рази порівняно з пряме шліфування та полірування. Лазерне полірування також широко використовується для полірування форм, кулачків і турбінних лопаток.
Лазерна обробка
Лазерне ударне очищення, також відоме як лазерне струминне очищення, — це опромінення лазером з високою щільністю енергії, високим фокусом, коротким імпульсом (λ=1053 нм) поверхні металевих частин, поверхні металу (або шару поглинання) у висока питома потужність роль лазера в миттєвому утворенні плазмового вибуху, вибуху ударної хвилі в обмеженнях на обмежувальний шар металевих частин всередині перенесення таким чином, що поверхневий шар зерен виробляє стискаючу пластичну деформацію на поверхні шар деталей у більш товстому діапазоні Отримайте залишкову напругу стиску, зернистість та інші ефекти зміцнення поверхні. Порівняно з традиційним механічним дробеструйним очищенням має наступні переваги
1. Сильна спрямованість: лазер діє на поверхню металу під контрольованим кутом, з високою ефективністю перетворення енергії, тоді як механічний кут удару снаряда є випадковим;
2. Велика сила: лазерно-вибуховий плазмовий спалах, що створюється миттєвим тиском до кількох ГПа; щільність потужності: пікова щільність потужності лазерного впливу досягає кількох десятків ГВт/см2;
Хороша цілісність поверхні: вплив лазера на поверхню майже не викликає ефекту розпилення, а після механічного дробеструйного очищення морфологія поверхні пошкоджується, утворюючи концентрацію напруги.
Лазерний вплив після максимального значення напруги стиску кращий, поверхнева залишкова напруга стиску зросла приблизно на 40-50 відсотків, довговічність заготовки, стійкість до високої температури та формування на вигин та інші відповідні показники числового значення були значно покращені . В даний час він застосовується в області обробки поверхні літаків, обробки поверхні авіаційних двигунів і так далі.
