Tehnologija laserske površinske obdelave

Lasersko kaljenje

Lasersko kaljenje je ena od rešitev za obdelavo visokonapetostnih kompleksnih komponent. Zaradi tega lahko komponente z visoko obrabo, kot so odmične gredi in orodja za upogibanje, prenesejo večjo obremenitev in podaljša njihovo življenjsko dobo.

Njegov princip je prerazporeditev ogljikovih atomov v kovinski mreži (avstenit), nato pa laserski žarek enakomerno segreva površino vzdolž smeri dovajanja. Med premikanjem laserskega žarka se okoliški material hitro ohlaja in kovinska mreža se ne more vrniti v prvotno obliko, zato nastane martenzit, ki znatno poveča trdoto. Globina kaljenja zunanje plasti ogljikovega jekla, dosežena z laserskim kaljenjem, je običajno 0.1-1,5 mm, pri nekaterih materialih pa je lahko 2,5 mm ali več.

V primerjavi s tradicionalnimi metodami kaljenja so njegove prednosti:
1. Ciljni vnos toplote je omejen na lokalna območja, tako da skoraj ni upogibanja komponent med obdelavo. Stroški predelave so zmanjšani ali celo popolnoma odpravljeni;
2. Lahko se utrdi tudi na kompleksnih geometrijskih površinah in natančnih delih ter lahko doseže natančno utrjevanje lokalno omejenih funkcionalnih površin, ki jih ni mogoče pogasiti s tradicionalnimi metodami kaljenja;
3. Brez popačenja. Pri običajnih postopkih kaljenja pride do deformacij zaradi večjega vnosa energije in kaljenja, pri postopkih laserskega kaljenja pa je mogoče vnos toplote natančno nadzorovati zahvaljujoč laserski tehnologiji in nadzoru temperature. Komponente ostanejo skoraj v prvotnem stanju;
4. Geometrijo trdote dela je mogoče hitro spremeniti "sproti". To pomeni, da ni treba pretvarjati optike/celotnega sistema.

Lasersko teksturiranje

Lasersko teksturiranje je ena od procesnih metod za modificiranje površine kovinskih materialov. Med postopkom strukturiranja laser ustvari pravilno razporejene geometrijske oblike v plasteh ali substratih, da bi posebej spremenil tehnične lastnosti in razvil nove funkcionalnosti. Postopek vključuje uporabo laserskega sevanja, običajno laserjev s kratkimi impulzi, za ustvarjanje pravilno razporejenih geometrijskih oblik na površini na ponovljiv način. Laserski žarek kontrolirano tali material in se ob ustreznem vodenju procesa strdi v definirano strukturo.

Barvita laserska površinska obdelava

Lasersko kaljenje se običajno uporablja pri laserski barvni površinski obdelavi, poznani tudi kot lasersko barvno označevanje. Načelo postopka je, da ko laser segreje material, se kovina lokalno segreje nekoliko nižje od njenega tališča. Pod ustreznimi procesnimi parametri se bo struktura vrat v tem trenutku spremenila; na površini obdelovanca bo nastala oksidna plast, ta film pa bo izpostavljen svetlobi. Med obsevanjem interferenca vpadne svetlobe povzroči, da se v tem trenutku pojavijo različne temperirane barve. Fantomska označevalna plast, ustvarjena na površini, se spreminja z različnimi koti gledanja, vzorci oznak pa se bodo prav tako spremenili v različne barve. barva.

Te barve so temperaturno stabilne do približno 200 stopinj. Pri višjih temperaturah se vrata vrnejo v prvotno stanje - oznaka izgine. Kakovost površine bo ostala nedotaknjena. Ima visoko stopnjo varnosti in sledljivosti v aplikacijah proti ponarejanju. V medicinski tehnologiji se uporablja že dolgo in je poleg novega črnega označevanja z laserji z ultra kratkimi impulzi idealen tudi za označevanje izdelkov in s tem edinstveno sledljivost po UDI direktivah.

Lasersko oblaganje

Je aditivni proizvodni postopek, primeren za kovinske in kermetne hibridne materiale. To vam omogoča ustvarjanje ali spreminjanje 3D geometrijskih oblik. S to proizvodno metodo lahko laser izvaja tudi popravila ali premaze. Zato se v vesoljski industriji za popravilo turbinskih lopatic uporablja aditivna proizvodnja. Pri izdelavi orodij in kalupov je mogoče počene ali obrabljene robove in funkcionalne površine popraviti ali celo delno armirati. Za zaščito pred obrabo in korozijo so ležajna mesta, valji ali hidravlični sestavni deli prevlečeni v energetskem ali petrokemičnem sektorju. Aditivna proizvodnja se uporablja tudi v avtomobilski proizvodnji. Tu je bilo izboljšanih veliko število komponent. Pri običajnem laserskem oplaščanju kovine laserski žarek najprej lokalno segreje obdelovanec in nato tvori bazen staline. Fini kovinski prah se nato iz šobe laserske obdelovalne glave razprši neposredno v bazen staline. Med visokohitrostnim laserskim oblaganjem kovine se praškasti delci segrejejo skoraj do temperature taljenja tik nad površino substrata. Zato je za taljenje praškastih delcev potrebno manj časa. Učinek: Bistveno izboljšanje hitrosti procesa. Zaradi manjših toplotnih učinkov se lahko s hitrim laserskim oplaščenjem nanesejo tudi zelo občutljivi materiali, kot so aluminijeve zlitine in zlitine litega železa. Postopek HS-LMD omogoča ustvarjanje zelo visokih površinskih hitrosti do 1500 cm²/min na rotacijsko simetričnih površinah. Hkrati se dosegajo hitrosti podajanja do nekaj sto metrov na minuto. Hitro in enostavno popravite drage dele ali kalupe z lasersko prašno lasersko kovinsko oblogo. Velike in majhne poškodbe je mogoče popraviti hitro in praktično brez sledi. Dizajn se lahko tudi spremeni. To prihrani čas, energijo in material. Zlasti za drage kovine, kot sta nikelj ali titan, se zelo splača. Tipični primeri uporabe so turbinske lopatice, različni bati, ventili, gredi ali kalupi.

Laserska toplotna obdelava

Na tisoče majhnih laserjev (VCSEL) je nameščenih na enem samem čipu. Vsak oddajnik je opremljen s 56 takimi čipi, modul pa je sestavljen iz več oddajnikov. Pravokotno območje sevanja lahko vsebuje na milijone majhnih laserjev in lahko proizvede več kilovatov infrardeče laserske moči. VCSEL ustvarja skoraj infrardeči žarek z intenzivnostjo sevanja 100 W/cm² prek velikega, usmerjenega pravokotnega prečnega prereza žarka. Ta tehnologija je načeloma primerna za vse industrijske procese, ki zahtevajo izjemno natančno kontrolo površine in temperature. Laserski modul za toplotno obdelavo je posebej primeren za aplikacije ogrevanja velikih površin, ki zahtevajo visoko natančnost in prilagodljivost. V primerjavi s tradicionalnimi metodami ogrevanja ima ta novi postopek ogrevanja večjo prilagodljivost, natančnost in prihranke pri stroških.

To tehnologijo je mogoče uporabiti za zapiranje baterijskih listov v obliki vrečke, da se prepreči gubanje aluminijaste folije in tako podaljša življenjska doba baterije. Uporablja se lahko tudi v aplikacijah, kot je sušenje aluminijaste folije za baterije, sončne celice, ki vlažijo svetlobo, in natančna obdelava območij, ki se segrevajo na posebnih materialih, kot so jeklene in silicijeve rezine.

Lasersko poliranje

Mehanizem tehnologije laserskega poliranja je površinsko ozko taljenje in površinsko prekomerno taljenje, ki temelji na površinskem taljenju in ponovnem strjevanju lasersko pretaljene plasti. Ko je kovinska površina obsevana z dovolj visokoenergijskim laserjem, je njena površina podvržena določeni stopnji taljenja, prerazporeditve ter površinske natezne napetosti in gravitacije, pri čemer doseže gladko površino pred strjevanjem. Celotna debelina staljene plasti je manjša od višine od korita do grebena, kar omogoča, da celotna staljena kovina napolni bližnja korita. Gonilna sila tega polnjenja je dosežena s kapilarnim učinkom, medtem ko bo debelejša staljena plast spodbujala tekočo kovino.

Lasersko streljanje / lasersko utrjevanje z udarci

Lasersko udarno luščenje, imenovano tudi lasersko luščenje, obseva površino kovinskih delov z laserjem s kratkimi impulzi z visoko energijsko gostoto, visokim fokusom (λ=1053nm) in površinska kovina (ali absorpcijska plast) je takoj nastane pod delovanjem laserja visoke gostote moči. Plazma eksplodira in eksplozijski udarni val se prenese v notranjost kovinskega dela pod omejitvami omejevalne plasti, kar povzroči, da se površinska zrna podvržejo tlačni plastični deformaciji in dobijo učinke površinske ojačitve, kot sta preostala tlačna napetost in zdrobljenost zrn v debelejšo površino dela. V primerjavi s tradicionalnim mehanskim peskanjem ima naslednje prednosti:

1. Močna usmerjenost: laser deluje na kovinsko površino pod kotom, ki ga je mogoče nadzorovati, z visoko učinkovitostjo pretvorbe energije, medtem ko je udarni kot mehanskih izstrelkov naključen;
2. Velika sila: trenutni tlak, ustvarjen s plazemskim peskanjem z laserskim streljanjem, je kar nekaj GPa; visoka gostota moči: konična gostota moči laserskega sunka doseže nekaj do deset GW/cm2;
3. Dobra površinska celovitost: Laserski udar skoraj nima učinka razprševanja na površino, medtem ko se po mehanskem brizganju površinska morfologija poškoduje in pride do koncentracije napetosti. Največja vrednost tlačne napetosti po laserskem udarcu je boljša, površinska preostala tlačna napetost se poveča za približno 40 % do 50 %, življenjska doba ob utrujenosti, visoka temperaturna odpornost, upogibno oblikovanje in drugi povezani kazalniki obdelovanca pa so znatno izboljšani. Uporablja se pri površinski obdelavi letal, površinski obdelavi letalskih motorjev in na drugih področjih.