Laserová technologie je již dlouhou dobu známá svým rozsáhlým využitím při svařování, řezání a značení a teprve v těchto dvou letech, s postupnou popularizací laserového čištění, se stále více prosazuje pojem laserová povrchová úprava. středem pozornosti a objevil se v myslích lidí. Laserové zpracování bezkontaktním způsobem, vysoká flexibilita, vysoká rychlost, žádný hluk, malá tepelně ovlivněná zóna bez poškození substrátu, žádný spotřební materiál a ekologicky nízkouhlíkové.
Laserová povrchová úprava má ve skutečnosti kromě laserového čištění velmi velké množství aplikačních kategorií, jako je laserové leštění, laserové plátování, laserové kalení a tak dále. Tyto metody se používají ke změně specifických fyzikálně-chemických vlastností povrchu materiálu, například ke změně povrchu na hydrofobní funkci, nebo laserové pulsy k vytvoření průměru asi 10 mikronů, hloubka pouze několika mikronů malých prohlubní. , jako způsob, jak zvýšit drsnost, zvýšit přilnavost povrchu a tak dále.
Znáte kromě laserového čištění následující typy laserové povrchové úpravy?
Laserové kalení
Laserové kalení je jedním z řešení pro obrábění vysoce namáhaných a složitých dílů, které umožňuje, aby díly s vyšším opotřebením, jako jsou vačkové hřídele a ohýbací nástroje, byly vystaveny vyššímu namáhání pro delší životnost.
Funguje tak, že se povrch obrobku obsahujícího uhlík zahřeje na teplotu mírně pod teplotou tavení (900 - 1400 stupeň, absorbuje se 40 procent ozářeného výkonu), takže se atomy uhlíku v kovové mřížce přeskupí ( austenitizace) a poté laserový paprsek rovnoměrně zahřívá povrch ve směru posuvu a materiál kolem laserového paprsku se ochladí tak rychle, jak se laserový paprsek pohybuje, že se kovová mřížka nemůže vrátit do své původní podoby, což vede k martenzitu, který To má za následek martenzit a výrazné zvýšení tvrdosti.
Hloubka kalení vnějších vrstev uhlíkové oceli dosažená kalením laserem je obvykle 0.1-1,5 mm a u některých materiálů může být 2,5 mm nebo více. Výhody oproti konvenčním metodám kalení jsou:
- Cílený přívod tepla je omezen na lokalizovanou oblast, což má za následek prakticky žádné deformace součásti během obrábění. Náklady na přepracování jsou sníženy nebo dokonce zcela odstraněny;
- Kalení i na složitých geometriích a přesných součástech, umožňující přesné kalení místně omezených funkčních povrchů, které nelze kalit konvenčními metodami kalení;
- bez zkreslení. Konvenční procesy kalení způsobují zkreslení v důsledku vyššího energetického vstupu a kalení, ale během laserového kalení lze díky laserové technologii a řízení teploty přesně řídit přívod tepla. Komponenta zůstává prakticky nedotčená;
- Geometrii tvrdosti součásti lze měnit rychle a „za chodu“. To znamená, že není potřeba přestavovat optiku/celý systém.
Laserové stříhání vlasů
Laserové hrubování je jedním z procesů povrchové úpravy kovových materiálů. V procesu strukturování vytváří laser pravidelně uspořádané geometrie ve vrstvách nebo substrátech za účelem cílení změn technických vlastností a vývoje nových funkcí. Proces obecně zahrnuje použití laserového záření (obvykle krátkých pulzů laserového světla) k vytvoření pravidelně uspořádaných geometrií na povrchu reprodukovatelným způsobem. Laserový paprsek řízeným způsobem taví materiál a vhodným řízením procesu se ztuhne do definované struktury.
Obrázek
Hydrofobní povrchové struktury například umožňují stékání vody z povrchu. Vytváření submikronových struktur na površích pomocí ultrakrátkých pulzních laserů umožňuje tuto vlastnost realizovat a vytvářenou strukturu lze přesně řídit změnou parametrů laseru. Lze realizovat i opačný efekt, např. hydrofilní povrchy.
Pro lakování automobilových panelů je nutné na povrchu plechu rovnoměrně rozmístit „mikro-pity“, aby se zvýšila přilnavost laku. Pulzní laserový paprsek s tisíci až desetitisíci pulsů za sekundu je zaostřen a poté dopadá na povrch válců, aby se na povrchu válců v bodě zaostření vytvořila malá rozpustná kaluže a současně foukání na malou rozpustnou lázeň, aby se roztavený materiál v rozpustné lázni co nejvíce akumuloval do rozpustné lázně podle specifikovaných požadavků. Hrana formování obloukovitých jazýčků, tyto malé jazýčky a mikroprohlubně mohou nejen zlepšit drsnost povrchu materiálu pro zvýšení přilnavosti barvy, ale také zlepšit povrchovou tvrdost materiálu pro prodloužení životnosti.
Některé vlastnosti jsou generovány laserovým strukturováním, jako jsou třecí vlastnosti nebo elektrická a tepelná vodivost některých kovových materiálů. Navíc laserové strukturování zvyšuje pevnost spoje a životnost obrobku.
Ve srovnání s tradičními metodami je laserové strukturování povrchů šetrnější k životnímu prostředí, nevyžaduje žádné další abrazivní tryskací prostředky nebo chemikálie; opakovatelné a přesné lasery dosahují řízených struktur, které jsou přesné až na mikrony a lze je velmi snadno replikovat; nenáročné na údržbu, lasery jsou bezkontaktní, a proto se ve srovnání s rychle opotřebitelnými mechanickými nástroji absolutně neopotřebovávají; a odpadá potřeba dodatečného zpracování, na laserem zpracovaném dílu nezůstávají žádné taveniny nebo jiné zbytky po obrábění.
Laserová povrchová úprava
Laserové temperování se běžně používá v laserovém barevném nanášení, známém také jako laserové barevné značení. Princip procesu spočívá v tom, že když laser zahřeje materiál, kov se lokálně zahřeje mírně pod jeho bod tání, ve vhodných parametrech procesu, v tomto okamžiku se změní struktura brány; na povrchu obrobku se vytvoří oxidová vrstva, tato vrstva filmu při světelném ozařování, dopadající světlo interference tak, že různé temperovací barvy v tomto okamžiku, povrch generování vrstvy barevné značkovací vrstvy, podél bez nutnosti měnit úhel pozorování, vzor značení se změní z různých různých barev.
Droplet Laser publikuje zprávu o ultrarychlé laserové barevné povrchové úpravě
Tyto barvy zůstávají teplotně stabilní až do cca 200 stupňů. Při vyšších teplotách je brána teplotně stabilizovaná. Při vyšších teplotách se brána vrátí do původního stavu - označení zmizí. Kvalita povrchu zůstane zachována. Vysoký stupeň zabezpečení a sledovatelnosti v aplikacích proti padělání. Kromě nového černého značení ultrakrátkými pulzními lasery se také ideálně hodí pro značení výrobků a tím pro jedinečnou sledovatelnost podle směrnice UDI.
Laserové opláštění
je aditivní výrobní proces pro kovové a cermetové hybridní materiály. Díky tomu lze vytvářet nebo upravovat 3D geometrie. Pomocí této výrobní metody lze laser použít i pro opravy nebo nátěry. V leteckém průmyslu se proto aditivní výroba používá k opravám lopatek turbín.
Při výrobě nástrojů a forem lze prasklé nebo opotřebované hrany a tvarované funkční plochy opravit, případně i lokálně opancéřovat. Aby se zabránilo opotřebení a korozi, jsou ložisková místa, válečky nebo hydraulické komponenty potaženy v energetické technologii nebo petrochemii. A aditivní výroba se používá také v automobilovém průmyslu. Četné komponenty jsou zde vylepšeny.
Při konvenčním laserovém tavení kovu laserový paprsek nejprve lokálně ohřeje obrobek a poté vytvoří roztavenou lázeň. Jemný kovový prášek je pak rozprašován přímo do roztavené lázně z trysky laserové zpracovatelské hlavy. Při vysokorychlostním laserovém tavení kovu se částice prášku již zahřívají téměř na teplotu tání nad povrchem substrátu. Výsledkem je kratší doba potřebná k roztavení částic prášku.
Efekt: výrazné zvýšení rychlosti procesu. Díky nižšímu tepelnému efektu umožňuje vysokorychlostní laserové tavení kovu povlakovat i materiály velmi citlivé na teplo, jako jsou hliníkové slitiny a slitiny litiny. S procesem HS-LMD lze na rotačně symetrických površích dosáhnout vysokých povrchových rychlostí až 1500 cm²/min, přičemž lze realizovat rychlosti posuvu až několik set metrů za minutu.
Drahé díly nebo formy lze rychle a snadno opravit pomocí laserového práškového laserového kovového opláštění. Poškození, velké nebo malé, lze rychle a téměř beze stop opravit. Změny designu jsou také možné. To šetří čas, energii a materiál. Zejména u drahých kovů, jako je nikl nebo titan, se to docela vyplatí. Typickými příklady použití jsou lopatky turbín, různé písty, ventily, hřídele nebo formy.
Laserové tepelné zpracování
Na jednom čipu jsou namontovány tisíce miniaturních laserů (VCSEL). Každý emitor je osazen 56 takovými čipy, přičemž modul se skládá z několika emitorů. Obdélníková oblast záření může obsahovat miliony mikrolaserů a může mít výkon několik kilowattů infračerveného laseru.
VCSEL generují blízké infračervené paprsky s intenzitou záření 100 W/cm² pomocí velkého, směrového obdélníkového průřezu paprsku. V zásadě je tato technologie vhodná pro všechny průmyslové procesy, které vyžadují extrémně přesnou kontrolu povrchu a teploty.
Laserové moduly tepelného zpracování jsou zvláště vhodné pro velkoplošné vytápění, kde je vyžadována přesnost a flexibilita. Ve srovnání s konvenčními metodami ohřevu nabízí tento nový proces ohřevu vyšší stupeň flexibility, přesnosti a úspory nákladů.
Technologii lze použít k utěsnění sáčků článků baterie, čímž se zabrání pomačkání hliníkové fólie a prodlouží se tak životnost baterie. Může být také použit v aplikacích, jako jsou fólie na sušící články, fotoimpregnační solární panely a přesné ošetření oblasti, která má být vyhřívána, pomocí specifických materiálů, jako jsou ocelové a křemíkové plátky.
Laserové leštění
Mechanismem technologie laserového leštění je zužování povrchu a přetavování povrchu, které spočívá v přetavení povrchu a opětovném ztuhnutí laserem přetavené vrstvy. Když je kovový povrch ozařován laserem dostatečně vysokou energií, dochází k určitému stupni přetavení, redistribuci a hladkých povrchů je dosaženo povrchovým tahovým napětím a gravitací před tuhnutím.
Celá tloušťka tavící vrstvy je menší než výška žlabu k vrcholu, což umožňuje, aby celý roztavený kov zaplnil blízké žlaby, což je výplň poháněná kapilárním efektem, zatímco silnější tavící vrstva přiměje tekutý kov vytékat ven. ze středu tavné lázně, poháněný termokapilárním efektem nebo Marconiho efektem, který umožňuje jeho redistribuci.
Příklady použití, jako je keramika z karbidu křemíku, materiál pro lehkou optiku velkých dalekohledů (zejména velká a složitá zrcadla). nízká účinnost. Úpravou povrchu RB-SiC předem potaženého Si práškem femtosekundovým laserem lze získat optický povrch s drsností povrchu Sq 4,45 nm již po 4,5 hodinách leštění, což zvyšuje účinnost leštění více než třikrát ve srovnání s přímé broušení a leštění. Laserové leštění je také široce používáno při leštění forem, vaček a lopatek turbín.
Peening laserem
Laserový nárazový peening, známý také jako laserový výstřel, je ozařování povrchu kovových částí, povrchového kovu (nebo absorpční vrstvy) laserem s vysokou hustotou energie, vysokým ohniskem a krátkými pulzy (λ=1053 nm). vysoká hustota výkonu laseru při působení okamžitého vzniku plazmové exploze, výbuchu rázové vlny v omezeních na mezní vrstvě mezní vrstvy vnitřního přenosu kovových částí, takže povrchová vrstva zrna k vytvoření tlakově plastické deformace v částech povrchové vrstvy o silnějším rozsahu Získat zbytkové tlakové napětí, zjemnění zrna a další účinky zpevnění povrchu. Oproti tradičnímu mechanickému tryskání má následující výhody:
- Silná směrovost: laser působí na kovový povrch pod řízeným úhlem, vysoká účinnost přeměny energie, zatímco úhel dopadu mechanického projektilu je náhodný;
- Velká síla: plazmový výbuch laserového tryskání generovaný okamžitým tlakem až několik GPa; hustota výkonu: maximální hustota výkonu laserového nárazu několik až desítky GW/cm2;
- Dobrá integrita povrchu: dopad laseru na povrch nemá téměř žádný efekt rozprašování, zatímco mechanické otryskávání, morfologie povrchu je poškozena, aby se vytvořila koncentrace napětí.
Laserový dopad po maximální hodnotě tlakového napětí je lepší, povrchové zbytkové tlakové napětí se zvýšilo asi o 40 procent až 50 procent, výrazně se zlepšila únavová životnost obrobku, odolnost vůči vysoké teplotě a ohybu a další související ukazatele číselné hodnoty . V současné době se uplatňuje v oblasti povrchových úprav letadel, povrchových úprav leteckých motorů a tak dále. Přeloženo pomocí www.DeepL.com/Translator (bezplatná verze)
