Technológia povrchovej úpravy laserom

Laserové kalenie

Laserové kalenie je jedným z riešení pre spracovanie vysoko namáhaných zložitých komponentov. Môže spôsobiť, že komponenty s vysokým opotrebením, ako sú vačkové hriadele a ohýbacie nástroje, budú niesť vyššie namáhanie a predĺžiť ich životnosť.

Jeho princípom je preusporiadanie atómov uhlíka v kovovej mriežke (austenit) a potom laserový lúč rovnomerne ohrieva povrch pozdĺž smeru posuvu. Pri pohybe laserového lúča sa okolitý materiál rýchlo ochladzuje a kovová mriežka sa nemôže vrátiť do pôvodnej podoby, čím vzniká martenzit, ktorý výrazne zvyšuje tvrdosť. Hĺbka kalenia vonkajšej vrstvy uhlíkovej ocele dosiahnutá kalením laserom je zvyčajne 0.1-1,5 mm a pri niektorých materiáloch môže byť 2,5 mm alebo viac.

V porovnaní s tradičnými metódami kalenia sú jeho výhody:
1. Cielený prívod tepla je obmedzený na miestne oblasti, takže počas spracovania nedochádza takmer k deformácii komponentov. Náklady na prepracovanie sú znížené alebo dokonca úplne eliminované;
2. Môže byť tiež kalený na zložitých geometrických povrchoch a presných častiach a môže dosiahnuť presné kalenie lokálne obmedzených funkčných povrchov, ktoré nie je možné kaliť tradičnými metódami kalenia;
3. Žiadne skreslenie. Pri konvenčných procesoch kalenia dochádza k deformáciám v dôsledku vyššieho energetického vstupu a kalenia, ale pri procesoch laserového kalenia je možné vďaka laserovej technológii a regulácii teploty presne regulovať prívod tepla. Komponenty zostávajú takmer v pôvodnom stave;
4. Geometriu tvrdosti dielu možno rýchlo meniť „za chodu“. To znamená, že nie je potrebné meniť optiku/celý systém.

Laserové textúrovanie

Laserové textúrovanie je jednou z procesných metód povrchovej úpravy kovových materiálov. Počas procesu štruktúrovania vytvára laser pravidelne usporiadané geometrické tvary vo vrstvách alebo substrátoch s cieľom špecificky modifikovať technické vlastnosti a vyvíjať nové funkcionality. Proces zahŕňa použitie laserového žiarenia, zvyčajne laserov s krátkym impulzom, na vytváranie pravidelne usporiadaných geometrických tvarov na povrchu opakovateľným spôsobom. Laserový lúč kontrolovane taví materiál a pri vhodnom riadení procesu tuhne do definovanej štruktúry.

Laserová farebná povrchová úprava

Laserové temperovanie sa bežne používa pri laserovej farebnej povrchovej úprave, známej aj ako laserové farebné značenie. Princíp procesu spočíva v tom, že keď laser ohrieva materiál, kov sa lokálne zahreje na mierne nižšiu teplotu, než je jeho bod topenia. Pri vhodných procesných parametroch sa v tomto čase zmení štruktúra brány; na povrchu obrobku sa vytvorí vrstva oxidu a tento film bude vystavený svetlu. Pri ožiarení interferencia dopadajúceho svetla spôsobuje, že sa v tomto čase objavujú rôzne temperovacie farby. Fantómová značkovacia vrstva vytvorená na povrchu sa mení s rôznymi uhlami pohľadu a značkovacie vzory sa tiež menia na rôzne rôzne farby. farba.

Tieto farby sú teplotne stabilné približne do 200 stupňov. Pri vyšších teplotách sa brána vráti do pôvodného stavu - označenie zmizne. Kvalita povrchu bude zachovaná. Má vysoký stupeň bezpečnosti a sledovateľnosti v aplikáciách proti falšovaniu. V medicínskej technike sa používa už dlhú dobu a okrem nového čierneho značenia ultrakrátkymi pulznými lasermi je ideálny aj na značenie produktov a tým jedinečnú sledovateľnosť podľa smerníc UDI.

Laserové obloženie

Ide o aditívny výrobný proces vhodný pre kovové a cermetové hybridné materiály. To vám umožňuje vytvárať alebo upravovať 3D geometrické tvary. Pomocou tejto výrobnej metódy môže laser vykonávať aj opravy alebo nátery. Preto sa v leteckom priemysle na opravu lopatiek turbín používa aditívna výroba. Pri výrobe nástrojov a foriem môžu byť prasknuté alebo opotrebované hrany a funkčné povrchy opravené alebo dokonca čiastočne obrnené. Na ochranu pred opotrebovaním a koróziou sú ložiská, valčeky alebo hydraulické komponenty potiahnuté v energetickom alebo petrochemickom sektore. A aditívna výroba sa používa aj pri výrobe automobilov. Zlepšilo sa tu veľké množstvo komponentov. Pri bežnom laserovom kovovom opláštení laserový lúč najprv lokálne ohrieva obrobok a potom vytvára roztavený kúpeľ. Jemný kovový prášok sa potom strieka priamo do roztaveného kúpeľa z dýzy laserovej spracovacej hlavy. Počas vysokorýchlostného laserového pokovovania sa častice prášku zahrievajú takmer na teplotu topenia tesne nad povrchom substrátu. Preto je potrebný kratší čas na roztavenie častíc prášku. Účinok: Výrazne zvýšiť rýchlosť procesu. Vďaka menším tepelným účinkom môžu byť materiály veľmi citlivé na teplo, ako sú hliníkové zliatiny a zliatiny liatiny, potiahnuté aj vysokorýchlostným laserovým kovovým plátovaním. Proces HS-LMD umožňuje výrobu veľmi vysokých povrchových rýchlostí až 1500 cm²/min na rotačne symetrických povrchoch. Zároveň sa dosahuje rýchlosť posuvu až niekoľko sto metrov za minútu. Opravte drahé diely alebo formy rýchlo a jednoducho pomocou laserového práškového laserového kovového obloženia. Veľké aj malé škody sa dajú opraviť rýchlo a prakticky bez zanechania stopy. Dizajn sa dá tiež zmeniť. To šetrí čas, energiu a materiály. Najmä pre drahé kovy ako nikel alebo titán sa to celkom oplatí. Typickými príkladmi použitia sú lopatky turbín, rôzne piesty, ventily, hriadele alebo formy.

Laserové tepelné spracovanie

Tisíce malých laserov (VCSEL) sú namontované na jednom čipe. Každý vysielač je vybavený 56 týmito čipmi a modul pozostáva z niekoľkých vysielačov. Obdĺžniková zóna žiarenia môže obsahovať milióny malých laserov a môže mať výkon niekoľko kilowattov infračerveného lasera. VCSEL generuje blízky infračervený lúč s intenzitou žiarenia 100 W/cm² prostredníctvom veľkého, smerového pravouhlého prierezu lúča. V zásade je táto technológia vhodná pre všetky priemyselné procesy, ktoré vyžadujú mimoriadne presné ovládanie povrchu a teploty. Modul laserového tepelného spracovania je vhodný najmä pre aplikácie veľkoplošného vykurovania, ktoré vyžadujú prísnu presnosť a flexibilitu. V porovnaní s tradičnými metódami vykurovania má tento nový proces vykurovania vyššiu flexibilitu, presnosť a úsporu nákladov.

Táto technológia môže byť použitá na utesnenie obalov batérie typu vrecúška, aby sa zabránilo pokrčeniu hliníkovej fólie, čím sa predĺži životnosť batérie. Môže sa tiež použiť v aplikáciách, ako je sušenie hliníkovej fólie na batérie, solárne panely zmáčajúce svetlo a oblasti presného spracovania, ktoré sa majú ohrievať na špecifických materiáloch, ako sú oceľové a kremíkové pláty.

Laserové leštenie

Mechanizmom technológie laserového leštenia je povrchové úzke natavenie a povrchové pretavenie, ktoré spočíva v povrchovom pretavení a opätovnom stuhnutí laserom pretavenej vrstvy. Keď je kovový povrch ožiarený dostatočne vysokoenergetickým laserom, jeho povrch podlieha určitému stupňu pretavenia, redistribúcie a povrchového ťahového napätia a gravitácie, čím sa dosiahne hladký povrch pred stuhnutím. Celá hrúbka roztavenej vrstvy je menšia ako výška od žľabu po hrebeň, čo umožňuje, aby celý roztavený kov vyplnil blízke žľaby. Hnacia sila pre túto náplň je dosiahnutá prostredníctvom kapilárneho efektu, zatiaľ čo hrubšia roztavená vrstva bude podporovať tekutý kov Hnacou silou pre prúdenie smerom von zo stredu roztaveného kúpeľa je termokapilárny alebo Marconiho efekt, ktorý ho prerozdeľuje.

Peening laserom / Posilnenie laserovým šokom

Laserové šokové ožiarenie, tiež nazývané laserové ožiarenie, ožaruje povrch kovových častí vysokou hustotou energie, vysoko zaostreným laserom s krátkym pulzom (λ=1053nm) a povrchový kov (alebo absorpčná vrstva) je okamžite vytvorený pôsobením lasera s vysokou hustotou výkonu. Plazma exploduje a výbuchová rázová vlna sa prenesie do vnútra kovovej časti pod obmedzeniami obmedzujúcej vrstvy, čo spôsobí, že povrchové zrná podstúpia tlakovú plastickú deformáciu a získajú sa účinky spevnenia povrchu, ako je zvyškové tlakové napätie a zjemnenie zŕn v hrubší povrch dielu. V porovnaní s tradičným mechanickým tryskaním má nasledujúce výhody:

1. Silná smerovosť: laser pôsobí na kovový povrch pod kontrolovateľným uhlom, s vysokou účinnosťou premeny energie, pričom uhol dopadu mechanických projektilov je náhodný;
2. Veľká sila: Okamžitý tlak generovaný plazmovým otryskávaním laserom je až niekoľko GPa; vysoká hustota výkonu: špičková hustota výkonu laserového šoku dosahuje niekoľko až desiatky GW/cm2;
3. Dobrá celistvosť povrchu: Laserový šok nemá takmer žiadny rozprašovací efekt na povrch, zatiaľ čo po mechanickom otryskávaní je morfológia povrchu poškodená a dochádza ku koncentrácii napätia. Maximálna hodnota tlakového napätia po dopade lasera je lepšia, povrchové zvyškové tlakové napätie sa zvýši asi o 40% až 50% a výrazne sa zlepší únavová životnosť, vysoká teplotná odolnosť, tvárnenie v ohybe a ďalšie súvisiace ukazovatele obrobku. Používa sa pri povrchovej úprave lietadiel, povrchových úpravách leteckých motorov a iných oblastiach.