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.
Лазерна повърхностна обработкавсъщност 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 къмлазерно почистване, познавате ли следните видове лазерна повърхностна обработка?
Лазерно закаляване
Лазерното закаляване е едно от решенията за обработка на силно напрегнати и сложни компоненти, което позволява по-високо напрежение и по-дълъг живот на части с високо износване, като разпределителни валове и инструменти за огъване.
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), а след това лазерният лъч стабилно загрява повърхността в посока на захранването 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, което причинява а 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:
1. 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;
2. закаляване дори на сложни геометрии и прецизни компоненти, позволяващи прецизно закаляване на локално ограничени функционални повърхности, които не могат да бъдат закалени с конвенционални методи за 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.
Lасър косматост
Лазерното шлифоване е един от технологичните инструменти за повърхностна модификация на метални материали. В процеса на структуриране лазерът създава правилно подредени геометрии в слоеве или субстрати, за да модифицира целенасочено 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.
Например хидрофобните повърхностни структури позволяват водата да изтича от повърхността. Създаването на субмикронни структури върху повърхности с ултракъси импулсни лазери позволява това свойство да бъде реализирано и структурата, която трябва да бъде създадена, може да бъде прецизно контролирана чрез промяна на лазерните параметри. Може да се постигне и обратен ефект, например хидрофилни повърхности.
Автомобилни панели за боядисване, трябва да направите повърхността на тънката плоча равномерно разпределение на "микро-яма", за да подобрите адхезията на боята, с хиляди до десетки хиляди пъти в секунда импулсен лазерен лъч, фокусиращ се върху повърхността на инцидента на ролката върху ролката, в точката на фокусиране на повърхността на ролката, за да се образува малък разтворим басейн, в същото време от страната на микроразтворимия басейн, който духа, така че разтворимият басейн от разтопен материал според определените изисквания толкова, колкото възможно натрупване до басейна! 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 позволяват контролирани структури, които са точни до микрона и много лесни за възпроизвеждане; ниска 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.
Лазерно заслепяващо покритие на повърхността
Лазерното темпериране обикновено се използва при лазерно ослепително повърхностно третиране, известно също като лазерно цветно маркиране. Принципът на процеса е, че материалът за лазерно нагряване, локалното нагряване на метала до малко под неговата точка на топене, в съответните параметри на процеса, в този момент структурата на портата ще се промени; на повърхността на детайла ще се образува оксиден слой, този слой филм в светлинното облъчване, намесата на падащата светлина, така че разнообразие от темпериращ цвят в този момент, повърхността на слоя, генерирана от този слой от цветен маркиращ слой, заедно с това, че няма нужда да променяте ъгъла на наблюдение, шаблонът за маркиране ще бъде променен от множество различни цветове.
Тези цветове остават температурно стабилни до прибл. 200 градуса. При по-високи температури портата се връща в първоначалното си състояние - маркировката изчезва. Качеството на повърхността се запазва непокътнато. Висока степен на сигурност и проследимост се постига в приложенията против фалшифициране. В допълнение към новото черно маркиране с ултракъси импулсни лазери, което се наложи добре в областта на медицинската технология през последните години, то също така е идеално подходящо за маркиране на продукти и по този начин за уникална проследимост съгласно директивата UDI.
Лазерно топене
Това е адитивен производствен процес, подходящ за метални и металокерамични хибридни материали. С това могат да се създават или модифицират 3D геометрии. Използвайки този производствен метод, лазерите могат да се използват и за ремонт или покритие. Така в аерокосмическия сектор производството на добавки се използва за ремонт на турбинни лопатки.
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. Производството на добавки се използва и в производството на автомобили. Тук се модифицират множество компоненти.
При конвенционалното лазерно метално облицоване лазерният лъч първо локално загрява детайла и след това образува разтопен басейн. След това фините метални прахове се впръскват от дюзата на лазерната обработваща глава директно в разтопения басейн. 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-слабите топлинни ефекти, високоскоростното лазерно топене на метал също прави възможно покриването на материали, които са много чувствителни към топлина, като алуминиеви сплави и сплави от чугун. 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 чрез 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 термична 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 отопление, този нов процес на отопление предлага по-висока степен на гъвкавост, прецизност и спестяване на разходи.
Технологията може да се използва за запечатване на клетки в торбички, за да се предотврати набръчкване на фолиото, като по този начин се удължава живота на клетките. Може да се използва и в приложения като сушене на клетъчно фолио, светлинно импрегниране на слънчеви панели и прецизно третиране на зоната, която ще се нагрява за специфични материали като стомана и силициеви пластини.
Лазерно полиране
Механизмът натехнология за лазерно полиранее тесен повърхностен синтез и повърхностен синтез, разчитащ на повторно топене на повърхността и повторно втвърдяване на лазерно претопения слой. Когато метална повърхност се облъчва от лазер с достатъчно висока енергия, повърхността претърпява известна степен на претопяване и преразпределение, а гладките повърхности се постигат чрез повърхностни напрежения на опън и гравитация преди втвърдяване.
Цялата дебелина на слоя на топене е по-малка от височината от корито до пика, като по този начин позволява на целия стопен метал да запълни близките корита, като движещата сила за това запълване е капилярният ефект, докато по-дебелият слой на топене индуцира течния метал да тече навън от центъра на стопилката, като движещата сила за преразпределението е термокапилярният ефект или ефектът на Маркони.
Примери за приложение като керамика от силициев карбид, материалът за леки и големи оптични компоненти на телескопи (особено огледала с големи размери и сложна форма). RB-SiC, като типичен материал с висока твърдост, сложна фаза, има трудно и неефективно техника за прецизно полиране на повърхности. 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 бластиране
Лазерното ударно проникване, известно също като лазерно взривяване, 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 ролята на лазера в мигновеното образуване на плазмена експлозия, експлозията на ударната вълна в ограниченията върху ограничителния слой на металните части вътре в трансфера, така че повърхностният слой от зърна произвежда компресивна пластична деформация на повърхността слой на частите в по-дебел диапазон Получаване на остатъчно напрежение на натиск, усъвършенстване на зърното и други ефекти за укрепване на повърхността. В сравнение с традиционното механично взривяване има следните предимства
1. Силна насоченост: лазерът действа върху металната повърхност под контролиран ъгъл, с висока ефективност на преобразуване на енергия, докато механичният ъгъл на удара на снаряда е произволен;
2. Голяма сила: лазерно взривяване на плазмен взрив, генериран от моментно налягане до няколко GPa; плътност на мощността: пиковата плътност на мощността на лазерното въздействие достига няколко десетки GW/cm2;
Добра повърхностна цялост: лазерното въздействие върху повърхността е почти без ефект на разпръскване и след механично дробестене морфологията на повърхността се уврежда, за да се получат концентрации 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.
