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 úpravave skutečnosti má kromě laserového čištění velmi velký počet kategorií použití, jako je laserové leštění, laserové obložení, 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.
Navícčištění laserem, znáte následující druhy povrchové úpravy laserem?
Laserové kalení
Laserové kalení je jedním z řešení pro obrábění vysoce namáhaných a složitých součástí, umožňující vyšší namáhání a delší životnost dílů s vysokým opotřebením, jako jsou vačkové hřídele a ohýbací nástroje.
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 neustále zahřívá povrch ve směru posuvu a materiál kolem laserového paprsku se ochlazuje tak rychle, jak se laserový paprsek pohybuje, že se kovová mřížka nemůže vrátit do své původní podoby, což má za následek martenzit, který způsobuje a Výsledkem je 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:
1. Cílený přívod tepla je omezen na lokalizovanou oblast, takže nedochází k prakticky žádné deformaci součásti během obrábění. Náklady na přepracování jsou sníženy nebo dokonce zcela odstraněny;
2. 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.
Laser chlupatost
Laserové hrubování je jedním z procesních nástrojů pro povrchovou úpravu kovových materiálů. V procesu strukturování vytváří laser pravidelně uspořádané geometrie ve vrstvách nebo substrátech za účelem cílené úpravy 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.
Například hydrofobní povrchové struktury umožňují vodě stékat z povrchu. Vytváření submikronových struktur na površích pomocí ultrakrátkých pulzních laserů umožňuje realizaci této vlastnosti a vytvářenou strukturu lze přesně řídit změnou parametrů laseru. Lze realizovat i opačný efekt, např. hydrofilní povrchy.
Chcete-li lakovat automobilové panely, musíte na povrchu tenké desky zajistit rovnoměrné rozložení „mikro-pitu“, aby se zlepšila přilnavost barvy, s tisíci až desetitisícikrát za sekundu pulzním laserovým paprskem zaostřeným na povrch dopadajícího válce. na válci, v zaostřovacím bodě na povrchu válce k vytvoření malé rozpustné lázně, současně na straně mikrorozpustné lázně foukání, takže rozpustná kaluž roztaveného materiálu podle specifikovaných požadavků co nejvíce možné nahromadění do bazénu! 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 umožňují řízené struktury, které jsou přesné na mikrony a velmi snadno se replikují; 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.
Povrchová úprava laserem Dazzle
Laserové temperování se běžně používá při laserové oslnivé povrchové úpravě, známé také jako laserové barevné značení. Princip procesu spočívá v tom, že materiál laserového ohřevu, lokální ohřev kovu mírně pod jeho bod tání, ve vhodných parametrech procesu, v tomto okamžiku se struktura brány změní; 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 vrstvy vytvořené touto vrstvou barevné značkovací vrstvy, spolu s tím, že není třeba měnit úhel pozorování, se vzor značení změní z řady různých barev.
Tyto barvy zůstávají teplotně stabilní až do cca. 200 stupňů. Při vyšších teplotách se brána vrátí do původního stavu - označení zmizí. Kvalita povrchu je zachována. V aplikacích proti padělání je dosaženo vysokého stupně bezpečnosti a sledovatelnosti. Kromě nového černého značení ultrakrátkými pulzními lasery, které se v posledních letech dobře prosadilo v oblasti lékařské techniky, se ideálně hodí také pro značení výrobků a tím pro jedinečnou sledovatelnost podle směrnice UDI.
Laserové tavení
Jedná se o aditivní výrobní proces vhodný pro kovové a metalokeramické hybridní materiály. Díky tomu lze vytvářet nebo upravovat 3D geometrie. Pomocí této výrobní metody lze lasery použít i pro opravy nebo nátěry. V leteckém sektoru se tedy aditivní výroba používá k opravě 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. Aditivní výroba se používá také v automobilovém průmyslu. Je zde upravena řada komponent.
U konvenčního laserového kovového plátování laserový paprsek nejprve lokálně ohřeje obrobek a poté vytvoří roztavenou lázeň. Jemné kovové prášky jsou pak rozstřikovány z trysky laserové zpracovatelské hlavy přímo do roztavené lázně. 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 menším tepelným účinkům umožňuje vysokorychlostní laserové tavení kovu potahovat 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 pokovování. 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.
Technologie může být použita k utěsnění sáčkovaných článků, aby se zabránilo pomačkání fólie, čímž se prodlouží životnost článků. Může být také použit v aplikacích, jako jsou fólie na vysoušecí články, lehká impregnace solárních panelů a precizní úprava ohřívané plochy pro specifické materiály, jako je ocel a křemíkové pláty.
Laserové leštění
Mechanismustechnologie laserového leštěníje povrchová úzká fúze a povrchová fúze, spoléhající na přetavení povrchu a opětovné ztuhnutí laserem přetavené vrstvy. Když je kovový povrch ozařován laserem s dostatečně vysokou energií, dochází k určitému stupni přetavení a redistribuci a hladkých povrchů je dosaženo povrchovým tahovým napětím a gravitací před tuhnutím.
Celá tloušťka tavné vrstvy je menší než výška žlabu k vrcholu, což umožňuje, aby celý roztavený kov zaplnil blízké žlaby, přičemž hnací silou pro toto plnění je kapilární efekt, zatímco silnější tavící vrstva indukuje tekutý kov. proudit ven ze středu tavné lázně, přičemž hnací silou pro redistribuci je termokapilární efekt nebo Marconiho efekt.
Příklady použití, jako je keramika z karbidu křemíku, materiál pro lehké a velké optické součásti dalekohledů (zejména velká a složitá zrcadla). technika pro přesné leštění povrchů. 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.
Laserové tryskání
Laserové otryskávání, také známé jako laser-blasting, je ozařování povrchu kovových částí, povrchového kovu (nebo absorpční vrstvy) laserem s vysokou hustotou energie, vysokým ohniskem a krátkými pulzy (λ=1053nm). vysoká hustota výkonu laseru role při okamžitém vzniku plazmové exploze, výbuchu rázové vlny v omezeních na hraniční vrstvě kovových částí uvnitř přenosu tak, že povrchová vrstva zrn vytváří tlakovou plastickou deformaci v povrchu vrstva dílů v silnějším rozsahu Získejte zbytkové tlakové napětí, zjemnění zrna a další účinky zpevnění povrchu. Ve srovnání s tradičním mechanickým tryskáním má následující výhody
1. Silná směrovost: laser působí na kovový povrch pod řízeným úhlem, s vysokou účinností přeměny energie, zatímco úhel dopadu mechanického projektilu je náhodný;
2. Velká síla: plazmový výbuch laserem generovaný okamžitým tlakem až několika GPa; hustota výkonu: maximální hustota výkonu laserového dopadu dosahuje několika desítek GW/cm2;
Dobrá integrita povrchu: dopad laseru na povrch nemá téměř žádný efekt rozprašování a po mechanickém otryskávání je morfologie povrchu poškozena, aby se vytvořily 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.
