Laserová technológia je už dlho známa širokým využitím pri zváraní, rezaní a označovaní a až v týchto dvoch rokoch s postupnou popularizáciou laserového čistenia sa pojem laserová povrchová úprava čoraz viac presadzuje. stredobodom pozornosti a objavil sa v mysliach ľudí. Laserové spracovanie bezkontaktným spôsobom, vysoká flexibilita, vysoká rýchlosť, žiadna hlučnosť, malá tepelne ovplyvnená zóna bez poškodenia substrátu, žiadny spotrebný materiál a ekologicky nízkouhlíkové.
Laserová povrchová úprava má v skutočnosti okrem laserového čistenia veľmi veľké množstvo aplikačných kategórií, ako je laserové leštenie, laserové plátovanie, laserové kalenie atď. Tieto metódy sa používajú na zmenu špecifických fyzikálno-chemických vlastností povrchu materiálu, napríklad na úpravu povrchu na hydrofóbnu funkciu alebo laserové impulzy na vytvorenie priemeru asi 10 mikrónov, pričom hĺbka malých priehlbín je len niekoľko mikrónov. , ako spôsob zvýšenia drsnosti, zvýšenia priľnavosti povrchu atď.
Poznáte okrem čistenia laserom aj nasledujúce druhy povrchovej úpravy laserom?
Laserové kalenie
Laserové kalenie je jedným z riešení pre obrábanie vysoko namáhaných a zložitých dielov, ktoré umožňuje, aby diely s vyšším opotrebením, ako sú vačkové hriadele a ohýbacie nástroje, boli vystavené vyššiemu namáhaniu pre dlhšiu životnosť.
Funguje tak, že sa pokožka obrobku obsahujúceho uhlík zahrieva na teplotu mierne pod teplotou topenia (900 - 1400 stupeň, absorbuje sa 40 percent ožiarenej energie), takže atómy uhlíka v kovovej mriežke sa preusporiadajú ( austenitizácia) a potom laserový lúč rovnomerne zahrieva povrch v smere posuvu a materiál okolo laserového lúča sa pri pohybe laserového lúča ochladzuje tak rýchlo, že kovová mriežka sa nedokáže vrátiť do svojej pôvodnej podoby, čo vedie k martenzitu, ktorý to vedie k martenzitu a výraznému zvýšeniu tvrdosti.
Hĺbka kalenia vonkajších vrstiev uhlíkovej ocele dosiahnutá kalením laserom je zvyčajne 0.1-1.5 mm a v niektorých materiáloch môže byť 2,5 mm alebo viac. Výhody oproti konvenčným metódam kalenia sú:
- Cielený prívod tepla je obmedzený na lokalizovanú oblasť, výsledkom čoho je prakticky žiadna deformácia komponentov počas obrábania. Náklady na prepracovanie sú znížené alebo dokonca úplne eliminované;
- Kalenie aj na zložitých geometriách a presných súčiastkach, umožňujúce presné kalenie lokálne obmedzených funkčných povrchov, ktoré nie je možné vytvrdiť konvenčnými metódami kalenia;
- bez skreslenia. Konvenčné procesy kalenia spôsobujú skreslenie v dôsledku vyššieho príkonu energie a kalenia, ale počas laserového kalenia je možné vďaka laserovej technológii a regulácii teploty presne kontrolovať prívod tepla. Komponent zostáva prakticky nedotknutý;
- Geometriu tvrdosti komponentu je možné meniť rýchlo a „za chodu“. To znamená, že nie je potrebné prestavovať optiku/celý systém.
Laserové strihanie vlasov
Laserové hrubovanie je jedným z procesov povrchovej úpravy kovových materiálov. V procese štruktúrovania laser vytvára pravidelne usporiadané geometrie vo vrstvách alebo substrátoch s cieľom zamerať zmeny v technických vlastnostiach a vyvinúť nové funkcie. Proces vo všeobecnosti zahŕňa použitie laserového žiarenia (zvyčajne krátkych impulzov laserového svetla) na generovanie pravidelne usporiadaných geometrií na povrchu reprodukovateľným spôsobom. Laserový lúč kontrolovane taví materiál a vhodným riadením procesu sa tuhne do definovanej štruktúry.
Obrázok
Hydrofóbne povrchové štruktúry napríklad umožňujú odtekanie vody z povrchu. Vytváranie submikrónových štruktúr na povrchoch pomocou ultrakrátkych pulzných laserov umožňuje túto vlastnosť realizovať a vytváranú štruktúru je možné presne riadiť zmenou parametrov lasera. Je možné realizovať aj opačný efekt, napr. hydrofilné povrchy.
Na lakovanie automobilových panelov je potrebné rovnomerne rozmiestniť „mikrojamky“ na povrchu plechu, aby sa zvýšila priľnavosť farby. Pulzný laserový lúč s tisíckami až desiatkami tisíc impulzov za sekundu je zaostrený a potom dopadá na povrch valcov, čím sa na povrchu valcov v bode zaostrenia vytvorí malý rozpustný bazén a súčasne fúkanie na malý rozpustný bazén, aby sa roztavený materiál v rozpustnom bazéne čo najviac akumuloval do rozpustného bazéna podľa špecifikovaných požiadaviek. Okraj tvorby oblúkových plôšok, tieto malé plôšky a mikrojamky môžu nielen zvýšiť drsnosť povrchu materiálu, aby sa zvýšila priľnavosť farby, ale aj zlepšiť povrchovú tvrdosť materiálu, aby sa predĺžila životnosť.
Niektoré vlastnosti sú generované laserovým štruktúrovaním, ako sú trecie vlastnosti alebo elektrická a tepelná vodivosť niektorých kovových materiálov. Okrem toho laserové štruktúrovanie zvyšuje pevnosť spoja a životnosť obrobku.
V porovnaní s tradičnými metódami je laserové štrukturovanie povrchov šetrnejšie k životnému prostrediu, nevyžaduje žiadne ďalšie abrazívne tryskacie prostriedky ani chemikálie; opakovateľné a presné lasery dosahujú kontrolované štruktúry, ktoré sú presné až na mikrón a veľmi ľahko sa replikujú; nenáročné na údržbu, lasery sú bezkontaktné, a teda absolútne bez opotrebovania v porovnaní s rýchlo sa opotrebujúcimi mechanickými nástrojmi; a nie je potrebné dodatočné spracovanie, pričom na laserom spracovanom diele nezostanú žiadne taveniny alebo iné zvyšky po obrábaní.
Laserová povrchová úprava
Laserové temperovanie sa bežne používa pri laserových farebných povrchoch, tiež známych ako laserové farebné značenie. Princíp procesu spočíva v tom, že keď laser zahreje materiál, kov sa lokálne zahreje mierne pod jeho bod tavenia, vo vhodných procesných parametroch, v tomto čase sa zmení štruktúra brány; na povrchu obrobku sa vytvorí vrstva oxidu, táto vrstva filmu pri ožiarení svetlom, interferenciou dopadajúceho svetla tak, že sa v tomto čase vytvorí rôzne temperovanie farby, na povrchu sa vytvorí vrstva farebnej značkovacej vrstvy, pozdĺž bez potreby meniť uhol pozorovania, vzor označenia sa zmení z rôznych farieb.
Droplet Laser publikuje správu o ultra rýchlej laserovej farebnej povrchovej úprave
Tieto farby zostávajú teplotne stabilné až do približne 200 stupňov. Pri vyšších teplotách je brána teplotne stabilizovaná. Pri vyšších teplotách sa brána vráti do pôvodného stavu - označenie zmizne. Kvalita povrchu zostane zachovaná. Vysoký stupeň bezpečnosti a sledovateľnosti v aplikáciách proti falšovaniu. Okrem nového čierneho značenia ultrakrátkymi pulznými lasermi sa ideálne hodí aj na značenie produktov a tým pre jedinečnú sledovateľnosť podľa smernice UDI.
Laserové opláštenie
je aditívny výrobný proces pre kovové a cermetové hybridné materiály. Vďaka tomu je možné vytvárať alebo upravovať 3D geometrie. Pomocou tejto výrobnej metódy možno laser použiť aj na opravy alebo nátery. V leteckom a kozmickom sektore sa preto aditívna výroba používa na opravu lopatiek turbín.
Pri výrobe nástrojov a foriem môžu byť prasknuté alebo opotrebované hrany a tvarované funkčné plochy opravené, prípadne aj lokálne obrnené. Aby sa zabránilo opotrebovaniu a korózii, ložiská, valčeky alebo hydraulické komponenty sú potiahnuté v energetickej technológii alebo petrochémii. A aditívna výroba sa používa aj vo výrobe automobilov. Početné komponenty sú tu vylepšené.
Pri bežnom laserovom tavení kovu laserový lúč najprv lokálne ohrieva obrobok a potom vytvára roztavenú nádrž. Jemný kovový prášok sa potom strieka priamo do roztaveného kúpeľa z dýzy laserovej spracovacej hlavy. Počas vysokorýchlostného laserového tavenia kovu sa častice prášku už zahrievajú takmer na teplotu topenia nad povrchom substrátu. V dôsledku toho je potrebný kratší čas na roztavenie častíc prášku.
Účinok: výrazné zvýšenie rýchlosti procesu. Vďaka nižšiemu tepelnému efektu umožňuje vysokorýchlostné laserové tavenie kovu povliekať aj materiály, ktoré sú veľmi citlivé na teplo, ako sú zliatiny hliníka a zliatiny liatiny. S procesom HS-LMD je možné dosiahnuť na rotačne symetrických povrchoch vysoké povrchové rýchlosti až 1500 cm²/min, pričom je možné realizovať rýchlosti posuvu až niekoľko stoviek metrov za minútu.
Drahé diely alebo formy je možné rýchlo a jednoducho opraviť pomocou laserového práškového laserového kovového obloženia. Poškodenie, veľké alebo malé, je možné opraviť rýchlo a takmer bez stôp. Možné sú aj dizajnové zmeny. To šetrí čas, energiu a materiál. Najmä pre drahé kovy, ako je nikel alebo titán, sa to celkom oplatí. Typickými príkladmi použitia sú lopatky turbín, rôzne piesty, ventily, hriadele alebo formy.
Laserové tepelné spracovanie
Na jednom čipe sú namontované tisíce miniatúrnych laserov (VCSEL). Každý žiarič je vybavený 56 takýmito čipmi, pričom modul pozostáva z niekoľkých žiaričov. Obdĺžniková oblasť žiarenia môže obsahovať milióny mikrolaserov a môže mať výkon niekoľko kilowattov infračerveného lasera.
VCSEL generujú blízke infračervené lúče s intenzitou žiarenia 100 W/cm² pomocou veľkého, smerového pravouhlého prierezu lúča. V zásade je táto technológia vhodná pre všetky priemyselné procesy, ktoré vyžadujú mimoriadne presné ovládanie povrchu a teploty.
Laserové moduly tepelného spracovania sú vhodné najmä pre aplikácie s veľkým plošným ohrevom, kde sa vyžaduje presnosť a flexibilita. V porovnaní s konvenčnými metódami ohrevu ponúka tento nový proces ohrevu vyššiu mieru flexibility, presnosti a úspory nákladov.
Pomocou technológie je možné utesniť vrecúška článkov batérie, čím sa zabráni pokrčeniu hliníkovej fólie a tým sa predĺži životnosť batérie. Môže byť tiež použitý v aplikáciách, ako sú fólie na sušenie buniek, fotoimpregnačné solárne panely a presné ošetrenie oblasti, ktorá sa má vyhrievať, pomocou špecifických materiálov, ako sú oceľové a kremíkové doštičky.
Laserové leštenie
Mechanizmom technológie laserového leštenia je zužovanie povrchu a pretavovanie povrchu, ktoré spočíva v pretavení povrchu a opätovnom stuhnutí laserom pretavenej vrstvy. Keď je kovový povrch ožiarený laserom s dostatočne vysokou energiou, povrch prechádza určitým stupňom pretavenia, prerozdelenia a hladké povrchy sa dosiahnu povrchovým ťahovým napätím a gravitáciou pred stuhnutím.
Celá hrúbka taviacej vrstvy je menšia ako výška žľabu po vrchol, čo umožňuje, aby celý roztavený kov naplnil blízke žľaby, čo je výplň poháňaná kapilárnym efektom, zatiaľ čo hrubšia taviaca sa vrstva núti tekutý kov vytekať smerom von. od stredu taveniny, poháňaný termo-kapilárnym efektom alebo Marconiho efektom, ktorý umožňuje jeho prerozdelenie.
Príklady použitia, ako je keramika z karbidu kremíka, materiál pre ľahkú optiku veľkých ďalekohľadov (najmä veľké a zložité zrkadlá). nízka účinnosť. Úpravou povrchu RB-SiC vopred potiahnutého Si práškom femtosekundovým laserom je možné získať optický povrch s drsnosťou povrchu Sq 4,45 nm už po 4,5 hodinách leštenia, čo zvyšuje účinnosť leštenia viac ako trojnásobne v porovnaní s priame brúsenie a leštenie. Laserové leštenie je tiež široko používané pri leštení foriem, vačiek a lopatiek turbín.
Peening laserom
Laserový nárazový peening, tiež známy ako laserový výstrel, je ožarovanie povrchu kovových častí, povrchového kovu (alebo absorpčnej vrstvy) laserom s vysokou hustotou energie, vysokým ohniskom a krátkym pulzom (λ=1053 nm). vysoká hustota výkonu lasera pri pôsobení okamžitej tvorby plazmovej explózie, výbuchu rázovej vlny v obmedzení na ohraničujúcej vrstve ohraničujúcej vrstvy vnútorného prenosu kovových častí, takže povrchová vrstva zrná k vytvoreniu tlakovej plastickej deformácie v častiach povrchovej vrstvy hrubšieho rozsahu Získať zvyškové tlakové napätie, zjemnenie zŕn a iné účinky na spevnenie povrchu. V porovnaní s tradičným mechanickým tryskaním má nasledujúce výhody:
- Silná smerovosť: laser pôsobí na kovový povrch pod kontrolovaným uhlom, vysoká účinnosť premeny energie, zatiaľ čo uhol dopadu mechanického projektilu je náhodný;
- Veľká sila: výbuch plazmy laserového otryskávania generovaný okamžitým tlakom až niekoľko GPa; hustota výkonu: špičková hustota výkonu laserového nárazu od niekoľkých do desiatok GW/cm2;
- Dobrá integrita povrchu: dopad lasera na povrch nemá takmer žiadny efekt rozprašovania, zatiaľ čo mechanické otryskávanie, morfológia povrchu je poškodená, aby sa vytvorila koncentrácia napätia.
Laserový dopad po maximálnej hodnote tlakového napätia je lepší, povrchové zvyškové tlakové napätie sa zvýšilo asi o 40 percent až 50 percent, výrazne sa zlepšila únavová životnosť obrobku, odolnosť voči vysokej teplote a ohybu a ďalšie súvisiace ukazovatele číselnej hodnoty . V súčasnosti sa uplatňuje v oblasti povrchovej úpravy lietadiel, povrchovej úpravy leteckých motorov a pod. Preložené s www.DeepL.com/Translator (bezplatná verzia)
