Laserska tehnologija je već dugo poznata po širokoj primjeni u zavarivanju, rezanju i označavanju, a tek u ove dvije godine, postupnom popularizacijom laserskog čišćenja, koncept laserske obrade površina postaje sve prisutniji. u središtu pozornosti i pojavio se u umovima ljudi. Obrada laserom na beskontaktni način, visoka fleksibilnost, velika brzina, bez buke, mala zona utjecaja topline bez oštećenja podloge, bez potrošnog materijala i ekološki nisko ugljika.
Laserska površinska obradazapravo ima vrlo velik broj kategorija primjene uz lasersko čišćenje, kao što je lasersko poliranje, lasersko oblaganje, lasersko kaljenje i tako dalje. Ove se metode koriste za promjenu specifičnih fizikalno-kemijskih svojstava površine materijala, na primjer, kako bi se površina obradila u hidrofobnu funkciju, ili laserski impulsi za proizvodnju promjera od oko 10 mikrona, dubine od samo nekoliko mikrona malih udubljenja , kao način povećanja hrapavosti, poboljšanja površinske adhezije i tako dalje.
Osim togalasersko čišćenje, poznajete li sljedeće vrste laserske obrade površina?
Lasersko kaljenje
Lasersko otvrdnjavanje jedno je od rješenja za strojnu obradu visoko opterećenih i složenih komponenti, omogućavajući veće naprezanje i duži život za dijelove s visokim trošenjem, kao što su bregasta vratila i alati za savijanje.
Djeluje tako da zagrijava kožu izratka koji sadrži ugljik na temperaturu malo nižu od temperature taljenja (900 - 1400 stupnjeva, apsorbira se 40 posto snage zračenja), tako da se atomi ugljika u metalnoj rešetki preuređuju ( austenitizacija), a zatim laserska zraka ravnomjerno zagrijava površinu u smjeru dodavanja, a materijal oko laserske zrake hladi se tako brzo kako se laserska zraka pomiče da se metalna rešetka ne može vratiti u svoj izvorni oblik, što rezultira martenzita, što uzrokuje a To rezultira martenzitom i značajnim povećanjem tvrdoće.
Dubina kaljenja vanjskih slojeva ugljičnog čelika koja se postiže laserskim kaljenjem obično je 0.1-1.5 mm, a može biti 2,5 mm ili više u nekim materijalima. Prednosti u odnosu na konvencionalne metode kaljenja su:
1. Ciljani unos topline ograničen je na lokalizirano područje, što rezultira gotovo nikakvim savijanjem komponenti tijekom strojne obrade. Troškovi prerade su smanjeni ili čak potpuno eliminirani;
2. otvrdnjavanje čak i na složenim geometrijama i preciznim komponentama, omogućujući precizno otvrdnjavanje lokalno ograničenih funkcionalnih površina koje se ne mogu očvrsnuti konvencionalnim metodama otvrdnjavanja;
bez iskrivljenja. Konvencionalni procesi kaljenja proizvode izobličenje zbog većeg unosa energije i kaljenja, ali tijekom laserskog kaljenja unos topline može se precizno kontrolirati zahvaljujući laserskoj tehnologiji i kontroli temperature. Komponenta ostaje gotovo netaknuta;
Geometrija tvrdoće komponente može se mijenjati brzo i "u hodu". To znači da nema potrebe za preinakom optike/cijelog sustava.
Laser dlakavost
Lasersko brušenje jedan je od procesnih alata za površinsku modifikaciju metalnih materijala. U procesu strukturiranja laser stvara pravilno raspoređene geometrije u slojevima ili podlogama kako bi namjerno modificirao tehnička svojstva i razvio nove funkcije. Proces općenito uključuje korištenje laserskog zračenja (obično kratkih impulsa laserskog svjetla) za generiranje pravilno raspoređenih geometrija na površini na ponovljiv način. Laserska zraka kontrolirano topi materijal koji se odgovarajućim upravljanjem procesom skrućuje u definiranu strukturu.
Na primjer, hidrofobne površinske strukture dopuštaju vodi da teče s površine. Stvaranje sub-mikronskih struktura na površinama ultrakratkim pulsirajućim laserima omogućuje realizaciju ovog svojstva, a struktura koju treba stvoriti može se precizno kontrolirati mijenjanjem parametara lasera. Može se postići i suprotan učinak, npr. hidrofilne površine.
Automobilske ploče za bojanje, morate napraviti površinu tanke ploče ravnomjernom raspodjelom "mikro jame" kako biste poboljšali prianjanje boje, s tisućama do desetaka tisuća puta u sekundi pulsirajuće laserske zrake koja se fokusira na površinu incidenta valjka na valjku, u točki fokusiranja na površini valjka kako bi se formirao mali topljivi bazen, u isto vrijeme na strani mikrotopljivog bazena koji puše, tako da topljivi bazen rastaljenog materijala prema navedenim zahtjevima bude jednak moguće gomilanje do bazena! Rub formiranja jezičaka u obliku luka, ovi mali jezičci i mikro-rupe ne samo da mogu poboljšati hrapavost površine materijala kako bi se povećala prionjivost boje, već i poboljšati tvrdoću površine materijala kako bi se produžio životni vijek.
Određena svojstva generiraju se laserskim strukturiranjem, kao što su svojstva trenja ili električna i toplinska vodljivost nekih metalnih materijala. Osim toga, lasersko strukturiranje povećava čvrstoću lijepljenja i životni vijek obratka.
U usporedbi s tradicionalnim metodama, lasersko strukturiranje površina je ekološki prihvatljivije, ne zahtijeva dodatna abrazivna sredstva za pjeskarenje ili kemikalije; ponovljivi i precizni, laseri omogućuju kontrolirane strukture koje su točne do mikrona i koje je vrlo lako replicirati; nisko održavanje, laseri su beskontaktni i stoga se apsolutno ne troše u usporedbi s mehaničkim alatima koji se brzo troše; i nema potrebe za naknadnom obradom, bez talina ili drugih ostataka strojne obrade na laserski obrađenom dijelu.
Zasljepljivanje površine laserom
Lasersko kaljenje obično se koristi u laserskoj zasljepljujućoj površinskoj obradi, također poznatoj kao lasersko označavanje bojama. Načelo procesa je da se materijal za lasersko grijanje, lokalno zagrijavanje metala malo ispod njegove točke taljenja, u odgovarajućim procesnim parametrima, u ovom trenutku, struktura vrata će se promijeniti; na površini obratka formirat će se oksidni sloj, ovaj sloj filma u svjetlosnom zračenju, smetnja upadnog svjetla tako da se u ovom trenutku različita boja za kaljenje, površina sloja koju stvara ovaj sloj šarenog sloja za označavanje, bez potrebe za promjenom kuta promatranja, uzorak označavanja bit će promijenjen iz niza različitih boja.
Ove boje ostaju temperaturno stabilne do cca. 200 stupnjeva. Na višim temperaturama, vrata se vraćaju u prvobitno stanje - oznaka nestaje. Kvaliteta površine je očuvana netaknuta. Visok stupanj sigurnosti i sljedivosti postiže se u aplikacijama protiv krivotvorenja. Uz novo crno označavanje ultrakratkim pulsirajućim laserima, koje se posljednjih godina dobro udomaćilo u području medicinske tehnologije, također je idealno prilagođeno za označavanje proizvoda, a time i za jedinstvenu sljedivost prema UDI direktivi.
Lasersko taljenje
To je aditivni proizvodni proces prikladan za metalne i metal-keramičke hibridne materijale. Ovime se mogu kreirati ili modificirati 3D geometrije. Koristeći ovu proizvodnu metodu, laseri se također mogu koristiti za popravak ili premazivanje. Stoga se u zrakoplovnom sektoru aditivna proizvodnja koristi za popravak turbinskih lopatica.
U izradi alata i kalupa, napukli ili istrošeni rubovi i oblikovane funkcionalne površine mogu se popraviti ili čak lokalno armirati. Kako bi se spriječilo trošenje i korozija, mjesta ležaja, valjci ili hidrauličke komponente obloženi su u energetskoj tehnologiji ili petrokemiji. Aditivna proizvodnja također se koristi u proizvodnji automobila. Ovdje se mijenjaju brojne komponente.
U konvencionalnom laserskom oblaganju metalom, laserska zraka prvo lokalno zagrijava radni komad, a zatim formira rastaljenu posudu. Fini metalni prah se zatim raspršuje iz mlaznice laserske glave za obradu izravno u rastaljeni bazen. Tijekom brzog laserskog taljenja metala, čestice praha su već zagrijane gotovo do temperature taljenja iznad površine supstrata. Kao rezultat, potrebno je manje vremena za topljenje čestica praha.
Učinak: značajno povećanje brzine procesa. Zbog manjih toplinskih učinaka, brzo lasersko taljenje metala također omogućuje premazivanje materijala koji su vrlo osjetljivi na toplinu, kao što su aluminijske legure i legure lijevanog željeza. S HS-LMD postupkom mogu se postići visoke površinske brzine do 1500 cm²/min na rotacijski simetričnim površinama, dok se mogu ostvariti brzine dodavanja do nekoliko stotina metara u minuti.
Skupi dijelovi ili kalupi mogu se brzo i jednostavno popraviti laserskim metalnim oblaganjem prahom. Oštećenja, velika ili mala, mogu se popraviti brzo i gotovo bez tragova. Moguće su i izmjene dizajna. Ovo štedi vrijeme, energiju i materijal. Pogotovo za skupe metale kao što su nikal ili titan, prilično se isplati. Tipični primjeri primjene su lopatice turbina, različiti klipovi, ventili, osovine ili kalupi.
Laserska toplinska obrada
Tisuće minijaturnih lasera (VCSEL) montirano je na jednom čipu. Svaki emiter je opremljen sa 56 takvih čipova, dok se modul sastoji od nekoliko emitera. Pravokutno područje 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 pomoću velikog, usmjerenog pravokutnog poprečnog presjeka snopa. U principu, ova tehnologija je prikladna za sve industrijske procese koji zahtijevaju izuzetno preciznu kontrolu površine i temperature.
Moduli laserske toplinske obrade posebno su prikladni za primjene grijanja velikih površina gdje su potrebni preciznost i fleksibilnost. U usporedbi s konvencionalnim metodama grijanja, ovaj novi proces grijanja nudi viši stupanj fleksibilnosti, preciznosti i uštede.
Tehnologija se može koristiti za brtvljenje ćelija u vrećicama kako bi se spriječilo gužvanje folije, čime se produljuje vijek trajanja ćelija. Također se može koristiti u primjenama kao što su sušenje ćelijskih folija, lagana impregnacija solarnih panela i precizna obrada područja koje se grije za specifične materijale kao što su čelik i silikonske ploče.
Lasersko poliranje
Mehanizam odtehnologija laserskog poliranjaje površinsko usko taljenje i površinsko taljenje, oslanjajući se na ponovno taljenje površine i ponovno skrućivanje laserski pretopljenog sloja. Kada se metalna površina ozrači laserom s dovoljno visokom energijom, površina prolazi određeni stupanj taljenja i redistribucije, a glatke površine postižu se površinskim vlačnim naprezanjima i gravitacijom prije skrućivanja.
Cjelokupna debljina sloja taljenja manja je od visine od korita do vrha, čime se omogućuje cijelom rastaljenom metalu da ispuni obližnja korita, pri čemu je pokretačka sila za to punjenje kapilarni učinak, dok deblji sloj topljenja potiče tekući metal teći prema van iz središta bazena taline, a pokretačka sila za preraspodjelu je termokapilarni učinak ili Marconijev učinak.
Primjeri primjene kao što je keramika od silicijevog karbida, materijal za lagane i velike optičke komponente teleskopa (posebno zrcala velikih dimenzija i složenih oblika.) RB-SiC, kao tipičan materijal visoke tvrdoće, složene faze, teško je i neučinkovito tehnika za precizno poliranje površina. Modificiranjem površine RB-SiC prethodno obložene Si prahom femtosekundnim laserom, optička površina s površinskom hrapavošću Sq od 4,45 nm može se dobiti nakon samo 4,5 sati poliranja, što poboljšava učinkovitost poliranja više od tri puta u usporedbi s izravno brušenje i poliranje. Lasersko poliranje se također naširoko koristi u poliranju kalupa, ekscentra i turbinskih lopatica.
Lasersko pjeskarenje
Lasersko udarno peeniranje, također poznato kao lasersko pjeskarenje, lasersko je zračenje visoke gustoće energije, visokog fokusa, kratkog pulsa (λ=1053nm) površine metalnih dijelova, površinskog metala (ili apsorpcijskog sloja) u velika gustoća snage uloga lasera u trenutnom stvaranju eksplozije plazme, eksplozija udarnog vala u ograničenjima na graničnom sloju metalnih dijelova unutar prijenosa tako da površinski sloj zrnaca proizvodi kompresivnu plastičnu deformaciju na površini sloj dijelova u debljem rasponu Dobijte zaostalo tlačno naprezanje, usitnjavanje zrna i druge učinke ojačavanja površine. U usporedbi s tradicionalnim mehaničkim pjeskarenjem ima sljedeće prednosti
1. Jaka usmjerenost: laser djeluje na metalnu površinu pod kontroliranim kutom, s visokom učinkovitošću pretvorbe energije, dok je mehanički kut udara projektila nasumičan;
2. Velika sila: prasak plazme laserske eksplozije generiran trenutnim tlakom do nekoliko GPa; gustoća snage: vršna gustoća snage laserskog udara doseže nekoliko desetaka GW/cm2;
Dobar integritet površine: laserski udar na površinu gotovo da nema učinka raspršivanja, a nakon mehaničkog sačmarenja, morfologija površine je oštećena i stvara koncentracije naprezanja.
Laserski udar nakon maksimalne vrijednosti tlačnog naprezanja je bolji, površinsko zaostalo tlačno naprezanje povećano je za oko 40 posto do 50 posto, vijek trajanja izratka, otpornost na visoke temperature i oblikovanje na savijanje i drugi povezani pokazatelji numeričke vrijednosti značajno su poboljšani . Trenutno se primjenjuje u području površinske obrade zrakoplova, površinske obrade zrakoplovnih motora i tako dalje.
