Laserska tehnologija je že dolgo znana po svoji široki uporabi pri varjenju, rezanju in označevanju, šele v teh dveh letih, s postopno popularizacijo laserskega čiščenja, pa se koncept laserske obdelave površin vse bolj uveljavlja. v središču pozornosti in se pojavil v glavah ljudi. Brezkontaktna laserska obdelava, visoka fleksibilnost, visoka hitrost, brez hrupa, majhna toplotno prizadeta cona brez poškodbe substrata, brez potrošnega materiala in okoljska nizka vsebnost ogljika.
Laserska površinska obdelavadejansko ima poleg laserskega čiščenja zelo veliko kategorij uporabe, kot so lasersko poliranje, lasersko oblaganje, lasersko kaljenje itd. Te metode se uporabljajo za spreminjanje specifičnih fizikalno-kemijskih lastnosti površine materiala, na primer, da se površina obdela v hidrofobno funkcijo, ali laserski impulzi za proizvodnjo premera približno 10 mikronov, globine le nekaj mikronov majhnih vdolbin. , kot način za povečanje hrapavosti, izboljšanje oprijema površine itd.
Poleglasersko čiščenje, ali poznate naslednje vrste laserske obdelave površin?
Lasersko kaljenje
Lasersko utrjevanje je ena od rešitev za obdelavo visoko obremenjenih in kompleksnih komponent, ki omogoča večjo obremenitev in daljšo življenjsko dobo delov z visoko obrabo, kot so odmične gredi in orodja za upogibanje.
Deluje tako, da segreje ovoj obdelovanca, ki vsebuje ogljik, na temperaturo, ki je nekoliko nižja od temperature taljenja (900 - 1400 stopinj, 40 odstotkov sevane moči se absorbira), tako da se ogljikovi atomi v kovinski mreži prerazporedijo ( avstenitizacija), nato pa laserski žarek enakomerno segreva površino v smeri dovajanja, material okoli laserskega žarka pa se med premikanjem laserskega žarka ohladi tako hitro, da se kovinska mreža ne more vrniti v prvotno obliko, kar povzroči martenzit, ki povzroči a Posledica tega je martenzit in znatno povečanje trdote.
Globina kaljenja zunanjih plasti ogljikovega jekla, dosežena z laserskim kaljenjem, je običajno 0.1-1,5 mm, pri nekaterih materialih pa je lahko 2,5 mm ali več. Prednosti pred običajnimi metodami utrjevanja so:
1. Ciljni vnos toplote je omejen na lokalizirano območje, zaradi česar med strojno obdelavo praktično ni zvijanja komponent. Stroški predelave so zmanjšani ali celo popolnoma odpravljeni;
2. utrjevanje tudi na kompleksnih geometrijah in natančnih komponentah, kar omogoča natančno utrjevanje lokalno omejenih funkcionalnih površin, ki jih ni mogoče utrditi s konvencionalnimi metodami utrjevanja;
brez popačenja. Običajni postopki kaljenja povzročajo popačenje zaradi večjega vnosa energije in kaljenja, vendar je med laserskim kaljenjem mogoče natančno nadzorovati vnos toplote zaradi laserske tehnologije in nadzora temperature. Komponenta ostane tako rekoč nedotaknjena;
Geometrijo trdote komponente je mogoče hitro in "sproti" spreminjati. To pomeni, da ni treba predelati optike/celotnega sistema.
Laser poraščenost
Lasersko brušenje je eno od procesnih orodij za površinsko modifikacijo kovinskih materialov. V procesu strukturiranja laser ustvari pravilno urejene geometrije v plasteh ali substratih, da bi namenoma spremenil tehnične lastnosti in razvil nove funkcije. Postopek na splošno vključuje uporabo laserskega sevanja (običajno kratkih impulzov laserske svetlobe) za ustvarjanje pravilno urejenih geometrij na površini na ponovljiv način. Laserski žarek kontrolirano tali material in ga z ustreznim vodenjem procesa strdi v definirano strukturo.
Na primer, hidrofobne površinske strukture omogočajo odtekanje vode s površine. Ustvarjanje submikronskih struktur na površinah z ultrakratkimi impulznimi laserji omogoča uresničitev te lastnosti, strukturo, ki jo je treba ustvariti, pa je mogoče natančno nadzorovati s spreminjanjem laserskih parametrov. Lahko se doseže tudi nasprotni učinek, npr. hidrofilne površine.
Avtomobilske plošče za barvanje morate na površini tanke plošče narediti enakomerno porazdelitev "mikro jame", da povečate oprijem barve, s tisoč do desettisočkrat na sekundo impulznega laserskega žarka, ki se osredotoča na površino zvitka. na zvitku, v točki ostrenja na površini zvitka, da se oblikuje majhen topni bazen, hkrati na strani mikrotopnega bazena, ki piha, tako da je topni bazen staljenega materiala v skladu z določenimi zahtevami toliko kot možen kup do bazena! Rob tvorbe zavihkov v obliki loka, ti majhni zavihki in mikro jamice lahko ne le povečajo hrapavost površine materiala, da povečajo oprijem barve, ampak tudi izboljšajo površinsko trdoto materiala, da podaljšajo življenjsko dobo.
Nekatere lastnosti nastanejo z laserskim strukturiranjem, kot so torne lastnosti ali električna in toplotna prevodnost nekaterih kovinskih materialov. Poleg tega lasersko strukturiranje poveča trdnost lepljenja in življenjsko dobo obdelovanca.
V primerjavi s tradicionalnimi metodami je lasersko strukturiranje površin okolju prijaznejše, saj ne zahteva dodatnih abrazivnih peskalnih sredstev ali kemikalij; ponovljivi in natančni laserji omogočajo nadzorovane strukture, ki so natančne do mikrona in jih je zelo enostavno ponoviti; malo vzdrževanja, laserji so brezkontaktni in zato popolnoma brez obrabe v primerjavi s hitro obrabljivimi mehanskimi orodji; in ni potrebe po naknadni obdelavi, saj na lasersko obdelanem delu ne ostanejo taline ali drugi ostanki strojne obdelave.
Lasersko bleščeča površina
Lasersko kaljenje se običajno uporablja pri laserski bleščeči površinski obdelavi, poznani tudi kot lasersko barvno označevanje. Načelo postopka je, da se material za lasersko ogrevanje, kovinsko lokalno segrevanje nekoliko pod tališčem, v ustreznih procesnih parametrih, v tem času spremeni struktura vrat; na površini obdelovanca se bo oblikovala oksidna plast, ta plast filma v svetlobnem obsevanju, motnje vpadne svetlobe, tako da je v tem času različna barva kaljenja, površina plasti, ki jo ustvari ta plast barvitega označevalnega sloja, poleg tega, da ni treba spreminjati kota opazovanja, bo vzorec označevanja spremenjen iz različnih barv.
Te barve ostanejo temperaturno stabilne do pribl. 200 stopinj. Pri višjih temperaturah se vrata vrnejo v prvotno stanje – oznaka izgine. Kakovost površine je ohranjena nedotaknjena. Visoka stopnja varnosti in sledljivosti je dosežena v aplikacijah proti ponarejanju. Poleg novega črnega označevanja z ultrakratkimi impulznimi laserji, ki se je v zadnjih letih uveljavilo na področju medicinske tehnologije, je idealen tudi za označevanje izdelkov in s tem za edinstveno sledljivost po UDI direktivi.
Lasersko taljenje
Gre za aditivni proizvodni postopek, primeren za kovinske in kovinsko-keramične hibridne materiale. S tem je mogoče ustvariti ali spremeniti 3D geometrije. S to proizvodno metodo se lahko laserji uporabljajo tudi za popravilo ali premazovanje. Tako se v vesoljskem sektorju za popravilo turbinskih lopatic uporablja aditivna proizvodnja.
Pri izdelavi orodij in kalupov je mogoče popraviti ali celo lokalno armirati razpokane ali obrabljene robove in oblikovane funkcionalne površine. Da bi preprečili obrabo in korozijo, so mesta ležajev, valji ali hidravlični deli prevlečeni v energetski tehnologiji ali petrokemiji. Aditivna proizvodnja se uporablja tudi v avtomobilski proizvodnji. Tukaj so spremenjene številne komponente.
Pri običajnem laserskem oplaščanju kovine laserski žarek najprej lokalno segreje obdelovanec in nato tvori bazen staline. Fini kovinski prah se nato razprši iz šobe laserske obdelovalne glave neposredno v bazen staline. Pri hitrem laserskem taljenju kovin so praškasti delci nad površino substrata že segreti skoraj do tališča. Posledično je za taljenje praškastih delcev potrebnih manj časa.
Učinek: znatno povečanje hitrosti procesa. Zaradi manjših toplotnih učinkov omogoča visokohitrostno lasersko taljenje kovin tudi premazovanje materialov, ki so zelo občutljivi na toploto, kot so aluminijeve zlitine in zlitine litega železa. S postopkom HS-LMD je mogoče doseči visoke površinske hitrosti do 1500 cm²/min na rotacijsko simetričnih površinah, medtem ko je mogoče doseči hitrosti podajanja do nekaj sto metrov na minuto.
Drage dele ali kalupe je mogoče hitro in enostavno popraviti z laserskim prašnim laserskim oblaganjem kovin. Poškodbe, velike ali majhne, se lahko popravijo hitro in skoraj brez sledi. Možne so tudi oblikovne spremembe. To prihrani čas, energijo in material. Še posebej za drage kovine, kot sta nikelj ali titan, se zelo splača. Tipični primeri uporabe so turbinske lopatice, različni bati, ventili, gredi ali kalupi.
Laserska toplotna obdelava
Na tisoče miniaturnih laserjev (VCSEL) je nameščenih na enem samem čipu. Vsak oddajnik je opremljen s 56 takšnimi čipi, medtem ko je modul sestavljen iz več oddajnikov. Pravokotno območje sevanja lahko vsebuje na milijone mikrolaserjev in lahko proizvede več kilovatov infrardeče laserske moči.
VCSEL ustvarjajo bližnje infrardeče žarke z intenzivnostjo sevanja 100 W/cm² s pomočjo velikega, usmerjenega pravokotnega preseka žarka. Ta tehnologija je načeloma primerna za vse industrijske procese, ki zahtevajo izjemno natančno kontrolo površine in temperature.
Moduli za lasersko toplotno obdelavo so še posebej primerni za aplikacije ogrevanja velikih površin, kjer se zahtevata natančnost in prilagodljivost. V primerjavi s konvencionalnimi metodami ogrevanja ta novi postopek ogrevanja ponuja višjo stopnjo fleksibilnosti, natančnosti in prihranka pri stroških.
Tehnologijo je mogoče uporabiti za tesnjenje celic v vrečkah, da preprečite gubanje folije in tako podaljšate življenjsko dobo celic. Uporablja se lahko tudi v aplikacijah, kot je sušenje celičnih folij, lahka impregnacija sončnih kolektorjev in natančna obdelava območja, ki ga je treba ogreti, za posebne materiale, kot so jeklene in silicijeve rezine.
Lasersko poliranje
Mehanizem zatehnologija laserskega poliranjaje površinsko ozko taljenje in površinsko taljenje, ki temelji na ponovnem taljenju površine in ponovnem strjevanju lasersko pretopljene plasti. Ko je kovinska površina obsevana z laserjem z dovolj visoko energijo, je površina podvržena določeni stopnji pretaljenja in prerazporeditve, gladke površine pa se dosežejo s površinskimi nateznimi napetostmi in gravitacijo pred strjevanjem.
Celotna debelina talilne plasti je manjša od višine od korita do vrha, kar omogoča, da celotna staljena kovina napolni bližnja korita, pri čemer je gonilna sila tega polnjenja kapilarni učinek, medtem ko debelejša talilna plast inducira tekočo kovino da teče navzven iz središča bazena taline, pri čemer je gonilna sila za prerazporeditev termokapilarni učinek ali Marconijev učinek.
Primeri uporabe, kot je keramika iz silicijevega karbida, material za lahke in velike optične komponente teleskopa (zlasti zrcala velikih velikosti in zapletenih oblik). RB-SiC kot tipičen visoko trdoten material s kompleksno fazo ima težko in neučinkovito tehnika za natančno poliranje površin. S spreminjanjem površine RB-SiC, predhodno prevlečene s prahom Si s femtosekundnim laserjem, je mogoče po samo 4,5 urah poliranja pridobiti optično površino s površinsko hrapavostjo Sq 4,45 nm, kar izboljša učinkovitost poliranja za več kot trikrat v primerjavi z direktno brušenje in poliranje. Lasersko poliranje se pogosto uporablja tudi pri poliranju kalupov, odmikačev in turbinskih lopatic.
Lasersko peskanje
Lasersko udarno luščenje, znano tudi kot lasersko peskanje, je lasersko obsevanje z visoko energijsko gostoto, visokim fokusom in kratkim impulzom (λ=1053nm) površine kovinskih delov, površinske kovine (ali absorpcijske plasti) v velika gostota moči vloge laserja pri takojšnjem nastanku plazemske eksplozije, eksplozija udarnega vala v omejitvah na omejevalni plasti kovinskih delov znotraj prenosa, tako da površinska plast zrn povzroči tlačno plastično deformacijo na površini plast delov v debelejšem območju Dosežite preostalo tlačno napetost, prečiščenost zrn in druge učinke utrditve površine. V primerjavi s tradicionalnim mehanskim peskanjem ima naslednje prednosti
1. Močna usmerjenost: laser deluje na kovinsko površino pod nadzorovanim kotom, z visoko učinkovitostjo pretvorbe energije, medtem ko je udarni kot mehanskega izstrelka naključen;
2. Velika sila: izbruh plazme z laserskim razstreljevanjem, ki ga ustvari trenutni tlak do nekaj GPa; gostota moči: konična gostota moči laserskega udarca doseže več deset GW/cm2;
Dobra površinska celovitost: laserski udarec na površino je skoraj brez učinka razprševanja, po mehanskem brizganju pa se površinska morfologija poškoduje, da nastanejo koncentracije napetosti.
Laserski učinek po največji vrednosti tlačne napetosti je boljši, površinska preostala tlačna napetost se je povečala za približno 40 do 50 odstotkov, življenjska doba obdelovanca ob utrujenosti, odpornost na visoko temperaturo in upogibno oblikovanje ter drugi povezani kazalniki numerične vrednosti so se znatno izboljšali . Trenutno se uporablja na področju površinske obdelave letal, površinske obdelave letalskih motorjev in tako naprej.
