Durant molt de temps, la tecnologia làser ha estat coneguda pel seu ampli ús en soldadura, tall i marcatge, i és només en aquests dos anys, amb la popularització gradual de la neteja làser, que el concepte de tractament de superfícies amb làser s'ha convertit cada cop més. el focus d'atenció i va aparèixer en la ment de la gent. Processament làser de manera sense contacte, alta flexibilitat, alta velocitat, sense soroll, petita zona afectada per la calor sense danys al substrat, sense consumibles i ambiental baix en carboni.
El tractament de superfícies amb làser en realitat té un nombre molt gran de categories d'aplicacions a més de la neteja per làser, com ara polit làser, revestiment làser, extinció làser, etc. Aquests mètodes s'utilitzen per canviar les propietats fisicoquímiques específiques de la superfície del material, per exemple, per convertir la superfície processada en una funció hidròfoba, o polsos làser per produir un diàmetre d'unes 10 micres, la profunditat de només unes poques micres de petites depressions. , com a forma d'augmentar la rugositat, millorar l'adhesió superficial, etc.
A més de la neteja amb làser, coneixeu els següents tipus de tractament de superfícies amb làser?
Enduriment per làser
L'enduriment per làser és una de les solucions per mecanitzar peces molt tensades i complexes, permetent que les peces de major desgast, com ara arbres de lleves i eines de flexió, siguin sotmeses a tensions més elevades per a una vida útil més llarga.
Funciona escalfant la pell d'una peça que conté carboni a una temperatura lleugerament per sota de la temperatura de fusió (900 - 1400 graus, s'absorbeix el 40% de la potència irradiada), de manera que els àtoms de carboni de la xarxa metàl·lica es reorganitzen ( austenitització), i aleshores el feix làser escalfa la superfície de manera constant en la direcció d'alimentació, i el material al voltant del feix làser es refreda tan ràpidament a mesura que el feix làser es mou que la gelosia metàl·lica no pot tornar a la seva forma original, donant lloc a martensita, que dóna lloc a un Això dóna lloc a martensita i un augment significatiu de la duresa.
La profunditat d'enduriment de les capes exteriors d'acer al carboni que s'aconsegueix mitjançant l'enduriment per làser sol ser de 0.1-1,5 mm, i pot ser de 2,5 mm o més en alguns materials. Els avantatges respecte als mètodes d'enduriment convencionals són:
- L'entrada de calor dirigida es limita a una àrea localitzada, la qual cosa resulta en pràcticament cap deformació dels components durant el mecanitzat. Els costos de reelaboració es redueixen o fins i tot s'eliminen del tot;
- Enduriment fins i tot en geometries complexes i components de precisió, permetent un enduriment precís de superfícies funcionals limitades localment que no es poden endurir amb mètodes d'enduriment convencionals;
- sense distorsió. Els processos d'enduriment convencionals produeixen distorsió a causa d'una major aportació d'energia i d'extinció, però durant l'enduriment per làser l'entrada de calor es pot controlar amb precisió gràcies a la tecnologia làser i al control de la temperatura. El component es manté pràcticament impecable;
- La geometria de la duresa del component es pot canviar ràpidament i "sobre la marxa". Això vol dir que no cal convertir l'òptica/el sistema sencer.
Tall de cabell amb làser
L'engrossament per làser és un dels processos de modificació superficial de materials metàl·lics. En el procés d'estructuració, el làser crea geometries disposades regularment en capes o substrats per tal d'orientar els canvis en les propietats tècniques i desenvolupar noves funcions. El procés generalment implica l'ús de radiació làser (generalment polsos curts de llum làser) per generar geometries disposades regularment sobre una superfície d'una manera reproduïble. El raig làser fon el material d'una manera controlada i es solidifica en l'estructura definida mitjançant una gestió adequada del procés.
Imatge
Les estructures superficials hidrofòbiques, per exemple, permeten que l'aigua flueixi de la superfície. La creació d'estructures submicroniques en superfícies amb làsers de pols ultracurt permet realitzar aquesta propietat i controlar amb precisió l'estructura a crear variant els paràmetres del làser. L'efecte contrari, per exemple, superfícies hidròfiles, també es pot realitzar.
Per pintar panells d'automòbils, cal distribuir uniformement "micro-foses" a la superfície de la làmina per millorar l'adhesió de la pintura. Un raig làser polsat amb milers a desenes de milers de polsos per segon s'enfoca i després incideix a la superfície dels rotlles per formar una petita piscina soluble a la superfície dels rotlles al punt d'enfocament i, al mateix temps, lateral. bufant a la petita piscina soluble, de manera que el material fos a la piscina soluble s'acumuli tant com sigui possible a la piscina soluble segons els requisits especificats. La vora de la formació de pestanyes en forma d'arc, aquestes petites pestanyes i micro-foses no només poden millorar la rugositat de la superfície del material per augmentar l'adhesió de la pintura, sinó també millorar la duresa superficial del material per allargar la vida útil.
Determinades propietats es generen per l'estructuració làser, com ara les propietats de fricció o la conductivitat elèctrica i tèrmica d'alguns materials metàl·lics. A més, l'estructuració làser augmenta la força d'unió i la vida útil de la peça.
En comparació amb els mètodes tradicionals, l'estructuració làser de superfícies és més respectuosa amb el medi ambient, ja que no requereix agents de granallament abrasius ni productes químics addicionals; repetibles i precises, els làsers aconsegueixen estructures controlades que són precises fins a la micra i són molt fàcils de replicar; Els làsers de baix manteniment són sense contacte i, per tant, absolutament lliures de desgast en comparació amb les eines mecàniques de ràpid desgast; i no hi ha necessitat de postprocessament, sense que quedin foses o altres residus de mecanitzat a la peça processada amb làser.
Tractament de superfície amb flare làser
El temperat làser s'utilitza habitualment en la superfície de color làser, també conegut com a marcatge de color làser. El principi del procés és que quan el làser escalfa el material, el metall s'escalfarà localment una mica per sota del seu punt de fusió, en els paràmetres de procés adequats, en aquest moment, l'estructura de la porta canviarà; a la superfície de la peça de treball es formarà una capa d'òxid, aquesta capa de pel·lícula a la irradiació de la llum, la interferència de la llum incident de manera que una varietat de color temperat en aquest moment, la superfície de la generació d'una capa de capa de marcatge de colors, al llarg sense necessitat de canviar l'angle d'observació, el patró de marcatge es canviarà de diversos colors diferents.
Droplet Laser publica un informe sobre el tractament de superfícies de colors amb làser ultra ràpid
Aquests colors es mantenen estables a la temperatura fins a uns 200 graus. A temperatures més altes, la porta s'estabilitza la temperatura. A temperatures més altes, la porta torna al seu estat original: el marcatge desapareix. La qualitat de la superfície es mantindrà intacta. Un alt grau de seguretat i traçabilitat en aplicacions contra la falsificació. A més del nou marcatge negre amb làsers de pols ultracurt, també és ideal per al marcatge de productes i, per tant, per a una traçabilitat única segons la directiva UDI.
Revestiment làser
és un procés de fabricació additiva per a materials híbrids de metall i cermet. Amb això, es poden crear o modificar geometries 3D. Mitjançant aquest mètode de producció, el làser també es pot utilitzar per a la reparació o el recobriment. Per tant, en el sector aeroespacial, la fabricació additiva s'utilitza per reparar les pales de les turbines.
En la fabricació d'eines i motlles, les vores esquerdades o desgastades i les superfícies funcionals modelades es poden reparar, o fins i tot blindar-se localment. Per evitar el desgast i la corrosió, les ubicacions dels coixinets, els rodets o els components hidràulics estan recoberts amb tecnologia energètica o petroquímica. I la fabricació additiva també s'utilitza en la fabricació d'automòbils. Aquí es milloren nombrosos components.
En la fusió de metalls làser convencional, el raig làser escalfa primer localment la peça de treball i després forma una piscina fosa. A continuació, la pols metàl·lica fina es ruixa directament a la piscina fosa des del broquet del capçal de processament làser. Durant la fusió del metall làser d'alta velocitat, les partícules de pols ja s'escalfen gairebé a la temperatura de fusió per sobre de la superfície del substrat. Com a resultat, es necessita menys temps per fondre les partícules de pols.
L'efecte: un augment significatiu de la velocitat del procés. A causa del menor efecte tèrmic, la fusió làser de metall d'alta velocitat també permet revestir materials molt sensibles a la calor, com ara aliatges d'alumini i aliatges de ferro colat. Amb el procés HS-LMD, es poden aconseguir velocitats superficials elevades de fins a 1500 cm²/min en superfícies simètriques de rotació, mentre que es poden aconseguir velocitats d'alimentació de fins a diversos centenars de metres per minut.
Les peces o motlles cares es poden reparar de manera ràpida i senzilla amb el revestiment metàl·lic làser de pols làser. Els danys, grans o petits, es poden reparar ràpidament i gairebé sense marques. També són possibles canvis de disseny. Això estalvia temps, energia i material. Especialment per a metalls cars com el níquel o el titani, val la pena. Exemples típics d'aplicacions són les pales de turbina, diversos pistons, vàlvules, eixos o motlles.
Tractament tèrmic per làser
Milers de làsers en miniatura (VCSEL) estan muntats en un sol xip. Cada emissor està equipat amb 56 xips d'aquest tipus, mentre que un mòdul consta de diversos emissors. L'àrea de radiació rectangular pot contenir milions de micro-làser i pot produir diversos quilowatts de potència làser infraroja.
Els VCSEL generen feixos d'infraroig proper amb una intensitat de radiació de 100 W/cm² mitjançant una gran secció transversal de feix rectangular direccional. En principi, aquesta tecnologia és adequada per a tots els processos industrials que requereixen un control de superfície i temperatura extremadament precís.
Els mòduls de tractament tèrmic làser són especialment adequats per a aplicacions de calefacció de grans superfícies on es requereix precisió i flexibilitat. En comparació amb els mètodes de calefacció convencionals, aquest nou procés de calefacció ofereix un major grau de flexibilitat, precisió i estalvi de costos.
La tecnologia es pot utilitzar per segellar bosses de cèl·lules de la bateria, evitant que el paper d'alumini s'arrugui i allargant així la vida útil de la bateria. També es pot utilitzar en aplicacions com ara l'assecat de làmines de cèl·lules, plaques solars fotoimpregnades i tractar amb precisió la zona a escalfar amb materials específics com hòsties d'acer i silici.
Polit làser
El mecanisme de la tecnologia de polit làser és l'estrenyiment de la superfície i la sobrefusió de la superfície, que depèn de la refusió de la superfície i la resolidificació de la capa de fosa làser. Quan una superfície metàl·lica és irradiada per un làser amb una energia suficientment alta, la superfície experimenta un cert grau de fusió, redistribució i s'aconsegueixen superfícies llises per esforç de tracció superficial i gravetat abans de la solidificació.
Tot el gruix de la capa de fusió és inferior a l'alçada d'abeurador a pic, permetent així que tot el metall fos ompli els abeuradors propers, un farciment impulsat per l'efecte capil·lar, mentre que una capa de fusió més gruixuda indueix el metall líquid a fluir cap a l'exterior. des del centre de la piscina de fusió, impulsat per l'efecte termocapilar o l'efecte Marconi, que permet la seva redistribució.
Exemples d'aplicació com la ceràmica de carbur de silici, el material per a òptiques de telescopis grans lleugeres (especialment miralls de forma gran i complexa). RB-SiC, com a material típic de fase complexa i d'alta duresa, és tècnicament difícil de polir amb precisió superficial amb baixa eficiència. Modificant la superfície de RB-SiC recoberta prèviament amb pols de Si mitjançant làser de femtosegons, es pot obtenir una superfície òptica amb una rugositat superficial Sq de 4,45 nm després de només 4,5 hores de polit, la qual cosa millora l'eficiència del poliment més de tres vegades en comparació amb rectificat i polit directe. El polit làser també s'utilitza àmpliament en el poliment de motlles, lleves i pales de turbines.
Granallat amb làser
El granallat per impacte làser, també conegut com a granalla amb làser, és una irradiació làser de pols curt (λ=1053nm) d'alta densitat d'energia, enfocament elevat de la superfície de les peces metàl·liques, metall superficial (o capa d'absorció) a la superfície. alta densitat de potència del làser sota l'acció de la formació instantània de l'explosió de plasma, l'explosió de l'ona de xoc en les restriccions a la capa limitadora de la capa limitadora de la transferència interna de les peces metàl·liques, de manera que la capa superficial de els grans per produir deformació plàstica compressiva a les parts de la capa superficial d'una gamma més gruixuda d'obtenir estrès de compressió residual, refinament del gra i altres efectes d'enfortiment de la superfície. En comparació amb el granallat mecànic tradicional té els següents avantatges:
- Forta direccionalitat: el làser actua sobre la superfície metàl·lica amb un angle controlat, alta eficiència de conversió d'energia, mentre que l'angle d'impacte del projectil mecànic és aleatori;
- Gran força: ràfega de plasma de làser generada per la pressió instantània fins a diversos GPa; densitat de potència: densitat de potència màxima d'impacte làser d'uns quants a desenes de GW/cm2;
- Bona integritat de la superfície: l'impacte del làser a la superfície gairebé no té efectes de pulverització, mentre que el granallat mecànic, la morfologia de la superfície està danyada per produir concentració d'estrès.
L'impacte làser després del valor màxim de tensió de compressió és millor, l'estrès de compressió residual de la superfície va augmentar entre un 40 i un 50 per cent, la vida a fatiga de la peça de treball, la resistència a l'alta temperatura i l'emmotllament de flexió i altres indicadors relacionats de valor numèric s'han millorat significativament. . Actualment s'ha aplicat en el camp del tractament de superfícies d'aeronaus, tractament de superfícies amb motors aeronaus, etc. Traduït amb www.DeepL.com/Translator (versió gratuïta)
