Desať aplikácií laserovej technológie v povrchovej úprave

Laserová povrchová úprava je technológia, ktorá využíva laserový lúč s vysokou hustotou výkonu na ohrev povrchu materiálu bezkontaktným spôsobom a jeho povrchovú úpravu realizuje vodivým chladením samotného povrchu materiálu.Je prospešné zlepšiť mechanické a fyzikálne vlastnosti povrchu materiálu, ako aj odolnosť dielov proti opotrebovaniu, korózii a únave.V posledných rokoch priniesli technológie laserovej povrchovej úpravy, ako je čistenie laserom, kalenie laserom, legovanie laserom, spevnenie laserovým šokom a laserové žíhanie, ako aj laserové plátovanie, laserová 3D tlač, laserové galvanické pokovovanie a ďalšie technológie výroby laserových aditív, široké možnosti použitia. .

1. Laserové čistenie

Laserové čistenie je rýchlo sa rozvíjajúca nová technológia povrchového čistenia, ktorá využíva vysokoenergetický pulzný laserový lúč na ožarovanie povrchu obrobku, takže nečistoty, častice alebo povlak na povrchu sa môžu okamžite odparovať alebo expandovať, čím sa dosiahne proces čistenia a čistenie.Laserové čistenie sa delí hlavne na odstraňovanie hrdze, odstraňovanie oleja, odstraňovanie náterov, odstraňovanie náterov a iné procesy;Používa sa hlavne na čistenie kovov, čistenie kultúrnych pamiatok, čistenie architektúry atď. Na základe svojich komplexných funkcií, presného a flexibilného spracovania, vysokej účinnosti a úspory energie, ekologickej ochrany životného prostredia, bez poškodenia substrátu, inteligencie, dobrej kvality čistenia, bezpečnosť, široké uplatnenie a ďalšie vlastnosti a výhody, sa stáva čoraz populárnejšou v rôznych priemyselných oblastiach.

V porovnaní s tradičnými metódami čistenia, ako je čistenie mechanickým trením, čistenie chemickou koróziou, silné nárazové čistenie tekutých pevných látok, vysokofrekvenčné ultrazvukové čistenie, má laserové čistenie zrejmé výhody.

2. Kalenie laserom

Laserové kalenie využíva vysokoenergetický laser ako zdroj tepla, aby sa kovový povrch rýchlo zahrial a ochladil.Proces kalenia je dokončený okamžite, aby sa získala vysoká tvrdosť a ultrajemná martenzitická štruktúra, zlepšila sa tvrdosť a odolnosť kovového povrchu proti opotrebeniu a vytvorilo sa tlakové napätie na povrchu, aby sa zlepšila odolnosť proti únave.Medzi hlavné výhody tohto procesu patrí malá tepelne ovplyvnená zóna, malá deformácia, vysoký stupeň automatizácie, dobrá flexibilita selektívneho kalenia, vysoká tvrdosť rafinovaných zŕn a inteligentná ochrana životného prostredia.Napríklad laserový bod môže byť nastavený tak, aby ochladzoval akúkoľvek polohu šírky;Po druhé, laserová hlava a viacosové prepojenie robota môžu uhasiť určenú oblasť zložitých častí.Ďalší príklad, kalenie laserom je extrémne horúce a rýchle a napätie kalenia a deformácia sú malé.Deformáciu obrobku pred a po kalení laserom je možné takmer ignorovať, preto je obzvlášť vhodný na povrchovú úpravu dielov s vysokými požiadavkami na presnosť.

V súčasnosti sa laserové kalenie úspešne aplikovalo na povrchové spevnenie zraniteľných častí v automobilovom priemysle, výrobe foriem, hardvérových nástrojoch a strojárskom priemysle, najmä pri zlepšovaní životnosti zraniteľných častí, ako sú ozubené kolesá, povrchy hriadeľov, vedenia, čeľuste a formy.Vlastnosti laserového kalenia sú nasledovné:

(1) Laserové kalenie je proces rýchleho ohrevu a samobudeného chladenia, ktorý si nevyžaduje tepelnú konzerváciu pece a chladenie chladiacej kvapaliny.Je to proces tepelného spracovania bez znečistenia, ekologický a šetrný k životnému prostrediu a môže ľahko implementovať rovnomerné kalenie na povrchu veľkých foriem;

(2) Pretože rýchlosť ohrevu lasera je vysoká, zóna ovplyvnená teplom je malá a kalenie ohrevu povrchovým skenovaním, to znamená okamžité kalenie lokálneho ohrevu, deformácia spracovanej matrice je veľmi malá;

(3) Vzhľadom na malý uhol divergencie laserového lúča má dobrú smerovosť a môže presne lokálne uhasiť povrch formy cez systém vedenia svetla;

(4) Hĺbka kalenej vrstvy kalenia povrchu lasera je vo všeobecnosti 0,3-1,5 mm.

3. Laserové žíhanie

Laserové žíhanie je proces tepelného spracovania, ktorý využíva laser na zahriatie povrchu materiálu, vystavenie materiálu vysokej teplote na dlhú dobu a následné pomalé ochladenie.Hlavným účelom tohto procesu je uvoľniť napätie, zvýšiť ťažnosť a húževnatosť materiálu a vytvoriť špeciálnu mikroštruktúru.Vyznačuje sa schopnosťou upravovať štruktúru matrice, znižovať tvrdosť, zjemňovať zrná a eliminovať vnútorné pnutie.V posledných rokoch sa technológia laserového žíhania stala novým procesom v priemysle spracovania polovodičov, ktorý môže výrazne zlepšiť integráciu integrovaných obvodov.

4. Posilňovanie laserovým šokom

Technológia zosilňovania laserovým rázom je nová a špičková technológia, ktorá využíva plazmovú rázovú vlnu generovanú silným laserovým lúčom na zlepšenie odolnosti kovových materiálov proti únave, opotrebeniu a korózii.Má mnoho vynikajúcich výhod, ako je žiadna tepelne ovplyvnená zóna, vysoká energetická účinnosť, ultra vysoká rýchlosť deformácie, silná ovládateľnosť a pozoruhodný posilňujúci účinok.Zároveň má rázové spevnenie laserom vlastnosti hlbšieho zvyškového tlakového napätia, lepšej mikroštruktúry a celistvosti povrchu, lepšej tepelnej stability a dlhšej životnosti.V posledných rokoch táto technológia dosiahla rýchly rozvoj a má veľkú úlohu v leteckom a kozmickom priemysle, národnej obrane a vojenskom priemysle a ďalších oblastiach.Okrem toho sa povlak používa hlavne na ochranu obrobku pred popáleninami laserom a na zvýšenie absorpcie laserovej energie.V súčasnosti sú bežne používanými náterovými hmotami čierna farba a hliníková fólia.

Laserové spevňovanie (LP), tiež známe ako laserové rázové spevňovanie (LSP), je proces používaný v oblasti povrchového inžinierstva, to znamená použitie pulzných vysokovýkonných laserových lúčov na generovanie zvyškových napätí v materiáloch na zlepšenie odolnosti proti opotrebeniu. (ako je odolnosť proti opotrebovaniu a odolnosť proti únave) povrchov materiálov alebo na zlepšenie pevnosti tenkých častí materiálov na zvýšenie povrchovej tvrdosti materiálov.

Na rozdiel od väčšiny aplikácií spracovania materiálov, LSP nepoužíva laserovú energiu na tepelné spracovanie na dosiahnutie požadovaného efektu, ale využíva dopad lúča na mechanické spracovanie.Vysokovýkonný laserový lúč sa používa na dopad na povrch cieľového obrobku s vysokovýkonným krátkym impulzom.

Svetelný lúč dopadá na kovový obrobok, okamžite ho odparí do stavu riedkej plazmy a aplikuje na obrobok tlak rázovej vlny.Niekedy sa na obrobok pridáva tenká vrstva nepriehľadného obkladového materiálu, aby sa nahradilo odparovanie kovu.Na natlakovanie sa používajú iné priehľadné obkladové materiály alebo inerciálne interferenčné vrstvy na zachytávanie plazmy (zvyčajne vody).

Plazma vytvára efekt rázových vĺn, pretvára povrchovú mikroštruktúru obrobku v mieste nárazu a potom vytvára reťazovú reakciu rozpínania a stláčania kovu.Hlboké tlakové napätie generované touto reakciou môže predĺžiť životnosť komponentu.

5. Laserové legovanie

Laserové legovanie je nová technológia povrchovej úpravy, ktorú je možné použiť na prípravu amorfných nanokryštalických vystužených cermetových kompozitných povlakov na povrchu konštrukčných dielov podľa rôznych prevádzkových podmienok leteckých materiálov a charakteristík ohrevu laserového lúča s vysokou hustotou energie a rýchlosti kondenzácie, takže na dosiahnutie účelu povrchovej úpravy leteckých materiálov.V porovnaní s technológiou laserového legovania má technológia laserového plátovania vlastnosti malého pomeru riedenia substrátu k roztavenému kúpeľu, malej tepelne ovplyvnenej zóny, malej tepelnej deformácie obrobku a malej miery šrotu obrobku po ošetrení laserovým plátovaním.Laserové plátovanie môže výrazne zlepšiť povrchové vlastnosti materiálov a opraviť opotrebované materiály.Má vlastnosti vysokej účinnosti, vysokej rýchlosti, ekologickej ochrany životného prostredia a bez znečistenia a dobrého výkonu obrobku po spracovaní.

6. Laserové opláštenie

Jednou z nových technológií povrchových úprav, ktoré predstavujú smer vývoja a úroveň povrchového inžinierstva, je aj technológia laserového plátovania.Technológia laserového plátovania sa stala stredobodom výskumu v povrchovej úprave titánových zliatin vďaka jej výhodám bez znečistenia a metalurgickej kombinácii medzi povlakom a substrátom.Keramický povlak s laserovým povlakom alebo kompozitný povlak vystužený keramickými časticami je účinný spôsob, ako zlepšiť odolnosť titánovej zliatiny proti opotrebeniu povrchu.Podľa skutočných pracovných podmienok vyberte vhodný materiálový systém a technológia laserového plátovania môže dosiahnuť najlepšie požiadavky na proces.Technológia laserového opláštenia dokáže opraviť rôzne poškodené časti, ako sú lopatky leteckých motorov.

Rozdiel medzi laserovým povrchovým legovaním a laserovým povrchovým pokrytím je ten, že laserové povrchové legovanie má úplne premiešať pridané zliatinové prvky a povrchovú vrstvu substrátu v tekutom stave, aby sa vytvorila legovacia vrstva;Laserové povrchové opláštenie má za úlohu roztaviť všetok predbežný náter a mikrotaviť povrch substrátu, takže plátovacia vrstva a substrátový materiál tvoria metalurgickú kombináciu a zachovávajú zloženie plátovacej vrstvy v podstate nezmenené.Technológia laserového legovania a laserového plátovania sa používa hlavne na zlepšenie odolnosti proti opotrebeniu povrchu, odolnosti proti korózii a odolnosti titánových zliatin.

V súčasnosti sa pri opravách a úpravách kovových povrchov široko používa technológia laserového plátovania.Napriek tomu, že tradičné laserové plátovanie má výhody a vlastnosti flexibilného spracovania, špeciálnej tvarovej opravy, užívateľsky definovaného aditíva atď., jeho pracovná efektivita je nízka a stále nemôže spĺňať požiadavky rýchlej výroby a spracovania vo veľkom meradle. niektoré výrobné oblasti.S cieľom uspokojiť potreby sériovej výroby a zlepšiť efektivitu opláštenia vznikla technológia vysokorýchlostného laserového plátovania.

Vysokorýchlostná laserová obkladová technológia dokáže realizovať kompaktnú a bezchybnú obkladovú vrstvu.Povrchová kvalita obkladovej vrstvy je kompaktná, metalurgická väzba s podkladom, bez otvorených defektov, povrch je hladký.Dá sa spracovať nielen na otočnom tele, ale aj na rovinnom a komplexnom povrchu.Vďaka nepretržitej technickej optimalizácii môže byť táto technológia široko používaná v uhlie, metalurgii, pobrežných platformách, výrobe papiera, civilných zariadeniach, automobiloch, lodiach, rope, leteckom priemysle a stať sa ekologickým procesom renovácie, ktorý môže nahradiť tradičnú technológiu galvanického pokovovania.

7. Laserové gravírovanie

Laserové gravírovanie je proces laserového spracovania, ktorý využíva technológiu CNC na premietanie vysokoenergetického laserového lúča na povrch materiálu a využíva tepelný efekt generovaný laserom na vytváranie jasných vzorov na povrchu materiálu.Fyzikálna denaturácia tavenia a splyňovania spracovateľských materiálov ožiarením laserovým gravírovaním môže umožniť laserové gravírovanie na dosiahnutie spracovateľských účelov.Laserové gravírovanie znamená použitie lasera na gravírovanie slov na predmet.Slová vyrezané touto technológiou nemajú žiadne zárezy, povrch predmetu je hladký a rovný a rukopis sa neopotrebuje.Jeho vlastnosti a výhody zahŕňajú: bezpečné a spoľahlivé;Presné a starostlivé, presnosť môže dosiahnuť 0,02 mm;Šetrite ochranu životného prostredia a materiály počas spracovania;Vysokorýchlostné, vysokorýchlostné gravírovanie podľa výstupných výkresov;Nízke náklady, ktoré nie sú obmedzené množstvom spracovania atď.

8. Laserová 3D tlač

Proces využíva technológiu laserového plátovania, ktorá využíva laser na ožarovanie prúdu prášku prepravovaného dýzou na priame roztavenie jednoduchej látky alebo prášku zliatiny.Po opustení laserového lúča zliatinová kvapalina rýchlo stuhne, aby sa zrealizovalo rýchle prototypovanie zliatiny.V súčasnosti je široko používaný v priemyselnom modelovaní, strojárskej výrobe, letectve, armáde, architektúre, filme a televízii, domácich spotrebičoch, ľahkom priemysle, medicíne, archeológii, kultúre a umení, sochárstve, šperkoch a ďalších oblastiach.

9. Typické priemyselné aplikácie laserovej povrchovej úpravy a renovácie

V súčasnosti sa technológie, procesy a zariadenia na povrchovú úpravu laserom a aditívnu výrobu široko používajú v metalurgii, banských strojoch, formách, ropnej energii, hardvérových nástrojoch, železničnej doprave, letectve, strojárstve a iných priemyselných odvetviach.

10. Aplikácia technológie laserového galvanického pokovovania

Laserové galvanické pokovovanie je nová technológia vysokoenergetického galvanického pokovovania, ktorá má veľký význam pre výrobu a opravu mikroelektronických zariadení a rozsiahlych integrovaných obvodov.V súčasnosti, hoci princíp laserového galvanického pokovovania, laserovej ablácie, plazmového laserového nanášania a laserového lúča sú stále predmetom výskumu, ich technológie boli aplikované.Keď kontinuálny laser alebo pulzný laser ožaruje povrch katódy v galvanizačnom kúpeli, nielenže sa môže výrazne zlepšiť rýchlosť nanášania kovu, ale aj počítač sa môže použiť na riadenie trajektórie laserového lúča, aby sa získal netienený povlak na povrchu. očakávaná zložitá geometria.

Aplikácia laserového galvanického pokovovania v praxi je založená najmä na nasledujúcich dvoch charakteristikách:

(1) Rýchlosť v oblasti laserového žiarenia je oveľa vyššia ako rýchlosť galvanizácie v tele (asi 103-krát);

(2) Ovládacia schopnosť lasera je silná, čo môže spôsobiť, že potrebná časť materiálu vyzráža požadované množstvo kovu.Bežné galvanické pokovovanie prebieha na celom substráte elektródy a rýchlosť galvanizácie je pomalá, takže je ťažké vytvárať zložité a jemné vzory.Laserové galvanické pokovovanie môže upraviť laserový lúč na veľkosť mikrometra a vykonávať netienené sledovanie na veľkosti mikrometra.Pre návrh obvodov, opravy obvodov a lokálne ukladanie na komponenty mikroelektronických konektorov sa tento typ vysokorýchlostného mapovania stáva čoraz praktickejším.

V porovnaní s bežným galvanickým pokovovaním sú jeho výhody:

(1) Vysoká rýchlosť nanášania, ako je laserové pozlátenie až 1 μ M/s, laserové pokovovanie medením až 10 μ M/s, laserové tryskové zlatenie až 12 μ M/s, laserové pokovovanie medením až 50 μm/s；

(2) K depozícii kovov dochádza len v oblasti laserového ožarovania a lokálny depozičný povlak možno získať bez ochranných opatrení, čím sa zjednoduší výrobný proces;

(3) Priľnavosť povlaku je výrazne zlepšená;

(4) Ľahko realizovateľné automatické ovládanie;

(5) S výnimkou drahých kovov;

(6) Ušetrite investície do vybavenia a čas spracovania.

Keď kontinuálny laser alebo impulzný laser ožaruje povrch katódy v galvanizačnom kúpeli, môže sa nielen výrazne zlepšiť rýchlosť nanášania kovu, ale aj počítač môže riadiť pohybovú dráhu laserového lúča, aby sa získal netienený povlak s očakávaným komplexom. geometria.Súčasná nová technológia galvanického pokovovania vylepšeného laserovým lúčom kombinuje technológiu galvanického pokovovania vylepšenú laserom s striekaním roztoku na galvanické pokovovanie, takže laser a roztok na pokovovanie môžu súčasne strieľať na povrch katódy a rýchlosť prenosu hmoty je oveľa rýchlejšia ako rýchlosť prenosu hmoty. mikromiešania spôsobeného laserovým žiarením, čím sa dosiahne veľmi vysoká rýchlosť nanášania.

Budúci vývoj a inovácie

V budúcnosti možno smer vývoja laserovej povrchovej úpravy a zariadení na výrobu aditív zhrnúť takto:

· Vysoká účinnosť – vysoká účinnosť spracovania, spĺňajúca rýchly výrobný rytmus moderného priemyslu;

·Vysoký výkon – zariadenie má diverzifikované funkcie, stabilný výkon a je vhodné pre rôzne pracovné podmienky;

·Vysoká inteligencia – úroveň inteligencie sa neustále zlepšuje, s menším množstvom manuálnych zásahov;

· Nízke náklady – náklady na vybavenie sú kontrolovateľné a náklady na spotrebný materiál sú znížené;

· Prispôsobenie – personalizované prispôsobenie zariadenia, presný popredajný servis,

·A zlučovanie – spojenie laserovej technológie s tradičnou technológiou spracovania.