Laserska tehnologija je dugo vremena poznata po širokoj upotrebi u zavarivanju, rezanju i označavanju. U posljednje dvije godine, postupnom popularizacijom laserskog čišćenja, koncept laserske površinske obrade sve je više u fokusu pažnje ljudi i pojavljuje se u glavama ljudi. Laserska obrada je beskontaktna, vrlo fleksibilna, brza i bez buke, sa malom zonom zahvaćenom toplotom i bez oštećenja podloge, bez potrošnog materijala, ekološki prihvatljiva i niskougljična.
Osim laserskog čišćenja, laserska površinska obrada zapravo ima mnogo kategorija primjene, kao što su lasersko poliranje, lasersko oblaganje, lasersko gašenje, itd. Ove metode se koriste za promjenu specifičnih fizičkih i hemijskih svojstava površine materijala, kao što je proces obrade površine. hidrofobni, ili korištenjem laserskih impulsa za stvaranje malih udubljenja promjera oko 10 mikrona i dubine od samo nekoliko mikrona, kako bi se povećala hrapavost i poboljšalo prianjanje površine.
Osim laserskog čišćenja, znate li sljedeće metode laserske površinske obrade?
01. Lasersko gašenje
Lasersko gašenje je jedno od rješenja za obradu složenih dijelova visokog naprezanja. Može učiniti dijelove sa visokim habanjem, kao što su bregaste osovine i alati za savijanje, izdržati veće naprezanje i produžiti vijek trajanja.
Njegov princip je da se atomi ugljika u metalnoj rešetki preurede (austenizacija) zagrijavanjem površine radnog komada koji sadrži ugljik na nešto ispod temperature topljenja (900-1400 stepen apsorbira se 40% snage zračenja), a zatim laserski snop stabilno zagrijava površinu duž smjera dovoda. Kako se laserski snop kreće, okolni materijal se brzo hladi, a metalna rešetka se ne može vratiti u prvobitni oblik, stvarajući tako martenzit, što značajno povećava tvrdoću.
Dubina stvrdnjavanja vanjskog sloja ugljičnog čelika postignuta laserskim kaljenjem je obično 0.1-1.5 mm, a na nekim materijalima može biti 2,5 mm ili više. U poređenju sa tradicionalnim metodama gašenja, njegove prednosti su:
1. Ciljani unos toplote je ograničen na istu oblast, tako da gotovo da nema savijanja komponenti tokom obrade. Troškovi prerade su smanjeni ili čak potpuno eliminirani:
2. Također se može stvrdnuti na složenim geometrijskim površinama i preciznim dijelovima i može postići precizno očvršćivanje lokalno ograničenih funkcionalnih površina koje se ne mogu ugasiti tradicionalnim metodama gašenja:
3. Bez izobličenja. Tradicionalni procesi kaljenja proizvode deformacije zbog većeg unosa energije i kaljenja, ali u procesima laserskog kaljenja, unos topline se može precizno kontrolirati zahvaljujući laserskoj tehnologiji i kontroli temperature. Komponenta ostaje gotovo u svom izvornom stanju:
4. Geometrija tvrdoće komponente može se mijenjati "trenutno". To znači da nema potrebe za konverzijom optike/cijelog sistema.
02. Lasersko teksturiranje
Lasersko teksturiranje je jedno od procesnih sredstava za površinsku modifikaciju metalnih materijala. Tokom procesa strukturiranja, laser stvara pravilno raspoređene geometrije u sloju ili podlozi kako bi se ciljano promijenila tehnička svojstva i razvile nove funkcije. Proces je grubo korištenje laserskog zračenja (obično kratko pulsnih lasera) za generiranje pravilno raspoređenih geometrija na površini na ponovljiv način. Laserski snop topi materijal na kontrolisan način i učvršćuje se u definisanu strukturu kroz odgovarajuće upravljanje procesom.
Na primjer, hidrofobna površinska struktura omogućava da voda teče s površine. Ova karakteristika se može postići stvaranjem submikronskih struktura na površini ultrakratkim pulsnim laserima, a struktura koja se stvara može se precizno kontrolisati promjenom parametara lasera. Može se postići i suprotan efekat, kao što je hidrofilna površina:
Za farbanje automobilskih panela, "mikro-jame" moraju biti ravnomjerno raspoređene na površini tanke ploče kako bi se poboljšala adhezija boje. Pulsni laserski snop sa frekvencijom od hiljada do desetina hiljada puta u sekundi fokusira se i pada na površinu valjka. Na kotrljajnoj površini u fokusnoj tački formira se sićušni bazen taline. U isto vrijeme, sićušni bazen taline se izduvava bočno kako bi se omogućilo da se talina u bazenu taline akumulira što je više moguće do ruba bazena taline u skladu sa specificiranim zahtjevima kako bi se formirao izbočina u obliku luka. Ove male izbočine i mikro udubljenja mogu ne samo povećati hrapavost površine materijala i povećati prianjanje boje, već i povećati površinsku tvrdoću materijala i produžiti vijek trajanja.
Neke karakteristike su generisane laserskim strukturiranjem, kao što su karakteristike trenja ili električna i toplotna provodljivost nekih metalnih materijala. Osim toga, lasersko strukturiranje također povećava snagu vezivanja i vijek trajanja radnog komada.
Shuishang Boguang
U poređenju s tradicionalnim metodama, površinsko lasersko strukturiranje je ekološki prihvatljivije i ne zahtijeva dodatna sredstva za pjeskarenje ili kemikalije: Ponovljiv i precizan, laser postiže kontroliranu strukturu tačnu do mikrona i vrlo se lako replicira: nisko održavanje, u usporedbi s mehaničkim alatima koji brzo se troše, laser je beskontaktan i samim tim potpuno bez trošenja: nije potrebna naknadna obrada, a na dijelovima koji su obrađeni laserom ne ostaju otopljeni ili drugi ostaci od obrade.
03. Laserska obrada šarene površine
Lasersko kaljenje se često koristi u laserskoj obradi površine, poznatom i kao lasersko označavanje boja. Princip procesa je da kada laser zagrije materijal, metal se zagrije na nešto ispod svoje tačke topljenja. Pod odgovarajućim parametrima procesa, struktura kapije će se promijeniti: na površini obratka će se formirati oksidni sloj. Kada je ovaj film izložen svjetlu, upadno svjetlo ometa da se u tom trenutku pojave različite boje za kaljenje. Šareni sloj označavanja koji se stvara na površini mijenja se s različitim uglovima gledanja. Uzorak oznake će se također promijeniti u različite boje. Ove boje ostaju stabilne na temperaturama do oko 200 "C. Na višim temperaturama kapija će se vratiti u početno stanje-oznaka nestaje. Kvalitet površine će biti potpuno očuvan. Ima visok stepen sigurnosti i sljedivosti u anti- falsifikatima. Posljednjih godina se zrelo koristi u području medicinske tehnologije.
04. Lasersko oblaganje
To je aditivni proizvodni proces pogodan za metalne i metal-keramičke hibridne materijale. Ovo se može koristiti za kreiranje ili modificiranje 3D geometrija. Laser se također može koristiti za popravku ili premazivanje pomoću ove metode proizvodnje. U sektoru vazduhoplovstva, aditivna proizvodnja se stoga koristi za popravku lopatica turbina.
U proizvodnji alata i kalupa, polomljene ili istrošene ivice i oblikovane funkcionalne površine mogu se popraviti ili čak oklopiti. U energetskoj tehnologiji ili petrohemiji, ležajevi, valjci ili hidraulične komponente su premazani radi zaštite od habanja i korozije. Aditivna proizvodnja se također koristi u automobilskoj konstrukciji. Ovdje je modificiran veliki broj komponenti.
Kod konvencionalnog laserskog taloženja metala, laserski snop prvo zagrijava radni komad lokalno, a zatim formira rastopljeni bazen. Fini metalni prah se zatim raspršuje direktno u rastopljeni bazen iz mlaznice glave za lasersku obradu. Kod laserskog taloženja metala velikom brzinom, čestice praha su već zagrijane do gotovo temperature topljenja iznad površine podloge. Zbog toga je potrebno manje vremena za otapanje čestica praha.
Efekat: značajno povećana brzina procesa. Zbog smanjenih termičkih efekata, materijali koji su vrlo osjetljivi na toplinu, kao što su legure aluminija i legure lijevanog željeza, također se mogu obložiti pomoću laserskog nanošenja metala velike brzine. Visoke površinske brzine do 1500 o/min mogu se postići na rotaciono simetričnim površinama korištenjem HS-LMD procesa. cm/min. Istovremeno se postižu brzine dovoda do nekoliko stotina metara u minuti.
Popravite skupe komponente ili kalupe brzo i jednostavno laserskim nanošenjem praha. Oštećenja svih veličina mogu se popraviti brzo i gotovo bez ostavljanja traga. Moguće su i promjene dizajna. Ovo štedi vrijeme, energiju i materijal. Ovo se posebno isplati za skupe metale kao što su nikl ili titanijum. Tipični primjeri primjene su lopatice turbina, razni klipovi, ventili, osovine ili kalupi.
05. Laserska termička obrada
Hiljade mikro lasera (VCSEL) su montirane na jednom čipu. Svaki emiter je opremljen sa 56 takvih čipova, a modul se sastoji od nekoliko emitera. Pravougaono polje zračenja može sadržavati milione mikro lasera i može proizvesti nekoliko kilovata snage infracrvenog lasera.
VCSEL generišu bliske infracrvene zrake sa intenzitetom zračenja od 100 W/cm² sa velikim, usmerenim pravougaonim poprečnim presekom snopa. U principu, ova tehnologija je pogodna za sve industrijske procese koji zahtijevaju izuzetno visoku preciznost u kontroli površine i temperature.
Moduli za lasersku termičku obradu posebno su pogodni za aplikacije grijanja velikih površina sa zahtjevnim i fleksibilnim zahtjevima. U poređenju sa tradicionalnim metodama grijanja, ovaj novi proces grijanja ima veću fleksibilnost, preciznost i uštedu troškova.
Ova tehnologija se može koristiti za zaptivanje ćelija tipa vrećice kako bi se spriječilo gužvanje aluminijske folije, čime se produžava vijek trajanja baterije. Može se koristiti i za sušenje baterijske aluminijske folije, solarne panele za natapanje svjetlosti i preciznu obradu područja grijanja specifičnih materijala (kao što su čelične i silikonske pločice).
06. Lasersko poliranje
Mehanizam tehnologije laserskog poliranja je površinsko usko topljenje i površinsko pretapanje, oslanjajući se na površinsko pretapanje i ponovno učvršćivanje laserski pretopljenog sloja. Kada se metalna površina ozrači laserom dovoljno visoke energije, njena površina se podvrgava određenom stepenu pretapanja i preraspodjele, a djelovanjem površinskog vlačnog naprezanja i gravitacije postiže se glatka površina prije stvrdnjavanja.
Celokupna debljina rastopljenog sloja je manja od visine od korita do vrha, tako da se ceo rastopljeni metal puni u obližnje korito. Pokretačka sila za ovo punjenje postiže se kapilarnim efektom, dok će deblji sloj uzrokovati da tečni metal teče prema van iz centra rastopljenog bazena. Pokretačka sila je toplotni kapilarni efekat ili Markonijev efekat, tako da se može preraspodijeliti.
Shuici Bieguang
Slučajevi primjene uključuju keramiku od silicijum karbida, koja se koristi kao optičke komponente svjetlosnih i velikih teleskopa (naročito reflektora velikih dimenzija i složenog oblika). RB-SiC je tipičan materijal visoke tvrdoće, složene faze, a njegova tehnologija površinske preciznosti poliranja je teška i neefikasna. Površina RB-SiC prethodno premazana Si prahom je modificirana femtosekundnim laserom. Nakon samo 4,5 sata poliranja može se dobiti optička površina hrapavosti površine Sq od 4,45 nm. U poređenju sa direktnim brušenjem i poliranjem, efikasnost poliranja je povećana za više od 3 puta. Lasersko poliranje se također široko koristi u poliranju kalupa, bregova i lopatica turbina.
07. Lasersko brizganje
Lasersko ojačanje šoka, također poznato kao lasersko mlazno peening, je zračenje površine metalnih dijelova laserom velike gustine energije, visokog fokusa, kratkog impulsa (λ=1053 nm). Površinski metal (ili apsorpcioni sloj) trenutno formira plazma eksploziju pod dejstvom lasera velike gustine. Eksplozijski udarni val prenosi se na unutrašnjost metalnog dijela pod ograničenjem sloja, uzrokujući da površinska zrna proizvedu tlačnu plastičnu deformaciju i postižu zaostalo tlačno naprezanje, prečišćavanje zrna i druge efekte površinskog ojačanja u debljem opsegu površine dijela. U usporedbi s tradicionalnim mehaničkim brizganjem, ima sljedeće prednosti:
1. Jaka usmjerenost: Laser djeluje na metalnu površinu pod kontroliranim uglom, sa visokom efikasnošću konverzije energije, dok je ugao udara mehaničkog projektila slučajan:
2. Velika sila: Trenutni pritisak koji stvara plazma pjeskarenje laserom je čak nekoliko GPa: Velika gustina snage: vršna gustina snage laserskog udara doseže nekoliko do desetina GW//cm2:
3. Dobar površinski integritet: Laserski udar gotovo da nema efekta prskanja na površini, dok se nakon mehaničkog mjenjanja morfologija površine oštećuje i dolazi do koncentracije naprezanja.
Maksimalna vrijednost tlačnog naprezanja nakon laserskog udara je bolja, a površinsko zaostalo tlačno naprezanje se povećava za oko 40%~50%, što značajno poboljšava vrijednosti povezanih pokazatelja kao što su vijek trajanja, otpornost na visoke temperature i formiranje savijanja. radni komad. Primjenjen je u oblastima površinske obrade aviona i površinske obrade aeromotora.
