Dugo je vremena laserska tehnologija poznata po širokoj upotrebi u zavarivanju, rezanju i označavanju. U posljednje dvije godine, s postupnom popularizacijom laserskog čišćenja, koncept laserskog tretiranja površina sve je više u središtu pozornosti i pojavljivao se u glavama ljudi. Laserska obrada je beskontaktna, vrlo fleksibilna, brza i bešumna, s malom zonom utjecaja topline i bez oštećenja podloge, bez potrošnog materijala, ekološki prihvatljiva i s niskim udjelom ugljika.
Uz lasersko čišćenje, laserska površinska obrada zapravo ima mnoge kategorije primjene, kao što su lasersko poliranje, lasersko oblaganje, lasersko kaljenje itd. Ove se metode koriste za promjenu specifičnih fizikalnih i kemijskih svojstava površine materijala, kao što je proces izrade površine hidrofobne, ili pomoću laserskih impulsa za stvaranje malih udubljenja promjera od oko 10 mikrona i dubine od samo nekoliko mikrona, kako bi se povećala hrapavost i poboljšalo prianjanje površine.
Osim laserskog čišćenja, poznajete li sljedeće metode laserske obrade površina?
01. Lasersko kaljenje
Lasersko kaljenje jedno je od rješenja za obradu složenih dijelova pod visokim naprezanjem. Može učiniti da dijelovi s velikim trošenjem, kao što su bregaste osovine i alati za savijanje, izdrže veća opterećenja i produže životni vijek.
Njegov princip je preraspoređivanje atoma ugljika u metalnoj rešetki (austenizacija) zagrijavanjem površine izratka koji sadrži ugljik na temperaturu malo ispod tališta (900-1400 stupanj apsorbira se 40% snage zračenja), a zatim laserska zraka stabilno zagrijava površinu duž smjera dodavanja. Kako se laserska zraka pomiče, okolni materijal se brzo hladi, a metalna rešetka se ne može vratiti u svoj izvorni oblik, pri čemu nastaje martenzit, što značajno povećava tvrdoću.
Dubina kaljenja vanjskog sloja ugljičnog čelika koja se postiže laserskim kaljenjem obično je 0.1-1.5 mm, a može biti 2,5 mm ili više na nekim materijalima. U usporedbi s tradicionalnim metodama kaljenja, njegove prednosti su:
1. Ciljani unos topline ograničen je na isto područje, tako da gotovo da nema savijanja komponenti tijekom obrade. Troškovi prerade su smanjeni ili čak potpuno eliminirani:
2. Također može otvrdnuti na složenim geometrijskim površinama i preciznim dijelovima, te može postići precizno otvrdnjavanje lokalno ograničenih funkcionalnih površina koje se ne mogu kaliti tradicionalnim metodama kaljenja:
3. Nema izobličenja. Tradicionalni postupci kaljenja proizvode deformacije zbog većeg unosa energije i kaljenja, ali u postupcima laserskog kaljenja unos topline može se precizno kontrolirati zahvaljujući laserskoj tehnologiji i kontroli temperature. Komponenta ostaje gotovo u izvornom stanju:
4. Geometrija tvrdoće komponente može se promijeniti "trenutačno". To znači da nema potrebe za preinakom optike/cijelog sustava.
02. Lasersko teksturiranje
Lasersko teksturiranje jedan je od postupaka modificiranja površine metalnih materijala. Tijekom procesa strukturiranja, laser stvara pravilno raspoređene geometrije u sloju ili podlozi kako bi ciljano promijenio tehnička svojstva i razvio nove funkcije. Proces se otprilike sastoji u korištenju laserskog zračenja (obično lasera s kratkim pulsom) za generiranje pravilno raspoređenih geometrija na površini na ponovljiv način. Laserska zraka kontrolirano topi materijal i odgovarajućim upravljanjem procesom skrućuje u definiranu strukturu.
Na primjer, hidrofobna površinska struktura omogućuje otjecanje vode s površine. Ova značajka se može postići stvaranjem submikronskih struktura na površini laserima s ultrakratkim pulsom, a struktura koja se stvara može se precizno kontrolirati promjenom parametara lasera. Može se postići i suprotan učinak, poput hidrofilne površine:
Za bojanje automobilskih ploča, "mikro jame" moraju biti ravnomjerno raspoređene na površini tanke ploče kako bi se poboljšala prionjivost boje. Pulsna laserska zraka s frekvencijom od tisuća do desetaka tisuća puta u sekundi fokusirana je i pada na površinu valjka. Na kotrljajućoj površini u žarišnoj točki formira se maleni bazen taline. U isto vrijeme, maleni bazen taline otpuhuje se bočno kako bi se omogućilo da se talina u bazenu taline nakupi što je više moguće do ruba bazena taline u skladu sa specificiranim zahtjevima kako bi se formirala izbočina u obliku luka. Ove male izbočine i mikro-rupe ne samo da mogu povećati hrapavost površine materijala i povećati prionjivost boje, već također mogu povećati tvrdoću površine materijala i produžiti životni vijek.
Neke karakteristike generiraju se laserskim strukturiranjem, kao što su karakteristike trenja ili električna i toplinska vodljivost nekih metalnih materijala. Osim toga, lasersko strukturiranje također povećava čvrstoću lijepljenja i životni vijek obratka.
Shuishang Boguang
U usporedbi s tradicionalnim metodama, površinsko lasersko strukturiranje ekološki je prihvatljivije i ne zahtijeva dodatna sredstva za pjeskarenje ili kemikalije: ponovljiv i precizan, laser postiže kontroliranu strukturu točnu do mikrona i vrlo ga je lako replicirati: nisko održavanje, u usporedbi s mehaničkim alatima koji brzo se troše, laser je beskontaktan i stoga se apsolutno ne haba: nije potrebna naknadna obrada, a na laserski obrađenim dijelovima ne ostaju ostaci taline ili drugih procesa.
03. Laserska šarena površinska obrada
Lasersko kaljenje često se koristi u laserskoj obradi šarene površine, također poznatoj kao lasersko označavanje bojama. Princip procesa je da kada laser zagrijava materijal, metal se zagrijava malo ispod svoje točke taljenja. Pod odgovarajućim parametrima procesa, struktura vrata će se promijeniti: na površini obratka će se formirati oksidni sloj. Kada je ovaj film izložen svjetlu, upadno svjetlo interferira kako bi se u tom trenutku pojavile različite temperirane boje. Šareni sloj označavanja koji se stvara na površini mijenja se s različitim kutovima gledanja. Uzorak oznake također će se promijeniti u različite boje. Ove boje ostaju stabilne na temperaturama do oko 200 "C. Na višim temperaturama vrata će se vratiti u početno stanje - oznake nestaju. Kvaliteta površine će biti potpuno očuvana. Ima visok stupanj sigurnosti i sljedivosti u anti- Posljednjih godina se zrelo koristi u području medicinske tehnologije. Osim novog crnog označavanja ultrakratkim pulsnim laserima, također je vrlo pogodan za identifikaciju proizvoda, čime se postiže jedinstvena sljedivost prema UDI direktivi.
04. Lasersko oblaganje
To je aditivni proizvodni proces prikladan za metalne i metal-keramičke hibridne materijale. Ovo se može koristiti za stvaranje ili modificiranje 3D geometrija. Laser se također može koristiti za popravak ili premazivanje ovom proizvodnom metodom. U zrakoplovnom sektoru, aditivna proizvodnja se stoga koristi za popravak turbinskih lopatica.
U proizvodnji alata i kalupa, slomljeni ili istrošeni rubovi i oblikovane funkcionalne površine mogu se popraviti ili čak armirati. U energetskoj tehnologiji ili petrokemiji, ležajevi, valjci ili hidrauličke komponente su presvučene radi zaštite od habanja i korozije. Aditivna proizvodnja također se koristi u automobilskoj industriji. Ovdje se modificira veliki broj komponenti.
Kod konvencionalnog laserskog taloženja metala, laserska zraka najprije lokalno zagrijava izradak, a zatim stvara rastaljenu lonac. Fini metalni prah se zatim raspršuje izravno u rastaljeni bazen iz mlaznice laserske glave za obradu. Kod brzog laserskog taloženja metala, čestice praha već su zagrijane gotovo do temperature taljenja iznad površine supstrata. Stoga je potrebno manje vremena za topljenje čestica praha.
Učinak: značajno povećana brzina procesa. Zbog smanjenih toplinskih učinaka, materijali vrlo osjetljivi na toplinu kao što su aluminijske legure i legure lijevanog željeza također se mogu premazati korištenjem brzog laserskog taloženja metala. Visoke površinske brzine do 1500 o/min mogu se postići na rotacijski simetričnim površinama korištenjem HS-LMD procesa. cm/min. Pritom se postižu brzine posmaka do nekoliko stotina metara u minuti.
Brzo i jednostavno popravite skupe komponente ili kalupe pomoću laserskog taloženja praha. Oštećenja svih veličina mogu se popraviti brzo i gotovo bez ostavljanja traga. Moguće su i promjene dizajna. Ovo štedi vrijeme, energiju i materijal. Ovo se posebno isplati za skupe metale kao što su nikal ili titan. Tipični primjeri primjene su turbinske lopatice, različiti klipovi, ventili, osovine ili kalupi.
05. Laserska toplinska obrada
Tisuće mikro lasera (VCSEL) montirano je na jednom čipu. Svaki emiter je opremljen sa 56 takvih čipova, a modul se sastoji od nekoliko emitera. Pravokutno polje zračenja može sadržavati milijune mikro lasera i može proizvesti nekoliko kilovata snage infracrvenog lasera.
VCSEL generiraju bliske infracrvene zrake s intenzitetom zračenja od 100 W/cm² s velikim, usmjerenim pravokutnim presjekom snopa. U principu, ova tehnologija je prikladna za sve industrijske procese koji zahtijevaju izuzetno visoku preciznost u kontroli površine i temperature.
Laserski moduli toplinske obrade posebno su prikladni za primjene grijanja velikih površina sa zahtjevnim i fleksibilnim zahtjevima. U usporedbi s tradicionalnim metodama grijanja, ovaj novi proces grijanja ima veću fleksibilnost, preciznost i uštedu troškova.
Ova se tehnologija može koristiti za brtvljenje ćelija u obliku vrećice kako bi se spriječilo gužvanje aluminijske folije, čime se produljuje životni vijek baterije. Također se može koristiti za sušenje baterijske aluminijske folije, osvjetljenje solarnih panela i preciznu obradu područja grijanja određenih materijala (kao što su čelične i silikonske ploče).
06. Lasersko poliranje
Mehanizam tehnologije laserskog poliranja je površinsko usko taljenje i površinsko prekomjerno taljenje, oslanjajući se na površinsko taljenje i ponovno skrućivanje laserski taljenog sloja. Kada se metalna površina ozrači dovoljno visokoenergetskim laserom, njena površina prolazi određeni stupanj taljenja i redistribucije, a djelovanjem površinskog vlačnog naprezanja i gravitacije postiže se glatka površina prije skrućivanja.
Cijela debljina rastaljenog sloja je manja od visine od korita do vrha, tako da se cijeli rastaljeni metal puni u obližnju koritu. Pokretačka sila za ovo punjenje postiže se kroz kapilarni učinak, dok će deblji sloj uzrokovati strujanje tekućeg metala prema van iz središta rastaljenog bazena. Pokretačka snaga je toplinski kapilarni efekt ili Marconijev efekt, tako da se može preraspodijeliti.
Shuici Bieguang
Slučajevi primjene uključuju keramiku od silicij-karbida, koja se koristi kao optičke komponente svjetlosnih i velikih teleskopa (osobito reflektora velikih dimenzija i složenih oblika). RB-SiC je tipičan materijal visoke tvrdoće, složene faze, a njegova tehnologija površinskog preciznog poliranja je teška i neučinkovita. Površina RB-SiC prethodno presvučena prahom Si modificirana je femtosekundnim laserom. Nakon samo 4,5 sati poliranja može se dobiti optička površina površinske hrapavosti Sq od 4,45 nm. U usporedbi s izravnim brušenjem i poliranjem, učinkovitost poliranja se povećava za više od 3 puta. Lasersko poliranje se također naširoko koristi u poliranju kalupa, ekscentra i turbinskih lopatica.
07. Lasersko sačmarenje
Ojačavanje laserskim udarom, također poznato kao lasersko učvršćivanje, služi za ozračivanje površine metalnih dijelova laserom s kratkim pulsom visoke gustoće energije, visokog fokusa (λ=1053nm). Površinski metal (ili apsorpcijski sloj) trenutno stvara eksploziju plazme pod djelovanjem lasera velike gustoće. Udarni val eksplozije prenosi se u unutrašnjost metalnog dijela pod ograničenjem steznog sloja, uzrokujući da površinska zrna proizvedu kompresivnu plastičnu deformaciju i postižu zaostalo tlačno naprezanje, usitnjavanje zrna i druge učinke površinskog ojačanja u debljem rasponu od površina dijela. U usporedbi s tradicionalnim mehaničkim sačmarenjem, ima sljedeće prednosti:
1. Jaka usmjerenost: Laser djeluje na metalnu površinu pod kutom koji se može kontrolirati, uz visoku učinkovitost pretvorbe energije, dok je mehanički kut udara projektila nasumičan:
2. Velika sila: Trenutačni tlak generiran plazma pjeskarenjem laserom je visok do nekoliko GPa: Velika gustoća snage: vršna gustoća snage laserskog udara doseže nekoliko do desetaka GW//cm2:
3. Dobar integritet površine: Laserski udar gotovo da nema efekt prskanja na površini, dok je nakon mehaničkog sačmarenja morfologija površine oštećena i dolazi do koncentracije naprezanja.
Maksimalna vrijednost tlačnog naprezanja nakon laserskog udara je bolja, a površinsko zaostalo tlačno naprezanje se povećava za oko 40% ~ 50%, što značajno poboljšava vrijednosti povezanih pokazatelja kao što su vijek trajanja, otpornost na visoke temperature i oblikovanje savijanjem obradak. Primijenjen je u područjima površinske obrade zrakoplova i zrakoplovnih motora.
