Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η τεχνολογία λέιζερ είναι γνωστή για την ευρεία χρήση της στη συγκόλληση, την κοπή και τη σήμανση. Τα τελευταία δύο χρόνια, με τη σταδιακή διάδοση του καθαρισμού με λέιζερ, η έννοια της επιφανειακής επεξεργασίας με λέιζερ γίνεται όλο και περισσότερο στο επίκεντρο της προσοχής των ανθρώπων και εμφανίζεται στο μυαλό των ανθρώπων. Η επεξεργασία με λέιζερ είναι χωρίς επαφή, εξαιρετικά ευέλικτη, υψηλής ταχύτητας και χωρίς θόρυβο, με μικρή ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και χωρίς ζημιά στο υπόστρωμα, χωρίς αναλώσιμα και φιλική προς το περιβάλλον και χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα.
Εκτός από τον καθαρισμό με λέιζερ, η επεξεργασία επιφάνειας με λέιζερ έχει στην πραγματικότητα πολλές κατηγορίες εφαρμογών, όπως γυάλισμα με λέιζερ, επένδυση με λέιζερ, σβήσιμο με λέιζερ, κ.λπ. Αυτές οι μέθοδοι χρησιμοποιούνται για την αλλαγή συγκεκριμένων φυσικών και χημικών ιδιοτήτων της επιφάνειας του υλικού, όπως η επεξεργασία της επιφάνειας υδρόφοβη, ή χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ για τη δημιουργία μικρών κοιλοτήτων με διάμετρο περίπου 10 microns και βάθος μόνο μερικών μικρών, έτσι ώστε να αυξηθεί η τραχύτητα και να ενισχυθεί η πρόσφυση της επιφάνειας.
Εκτός από τον καθαρισμό με λέιζερ, γνωρίζετε τις ακόλουθες μεθόδους επεξεργασίας επιφάνειας με λέιζερ;
01. Σβήσιμο με λέιζερ
Η απόσβεση με λέιζερ είναι μία από τις λύσεις για την επεξεργασία πολύπλοκων εξαρτημάτων υψηλής καταπόνησης. Μπορεί να κάνει εξαρτήματα με υψηλή φθορά, όπως εκκεντροφόρους άξονες και εργαλεία κάμψης, να αντέχουν σε μεγαλύτερη καταπόνηση και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής.
Η αρχή της είναι η αναδιάταξη των ατόμων άνθρακα στο μεταλλικό πλέγμα (ωστενισμός) θερμαίνοντας την επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας που περιέχει άνθρακα σε ελαφρώς κάτω από τη θερμοκρασία τήξης (900-1400 βαθμός απορροφάται το 40% της ισχύος ακτινοβολίας) και στη συνέχεια η δέσμη λέιζερ θερμαίνει σταθερά την επιφάνεια κατά μήκος της κατεύθυνσης τροφοδοσίας. Καθώς η δέσμη λέιζερ κινείται, το περιβάλλον υλικό ψύχεται γρήγορα και το μεταλλικό πλέγμα δεν μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του μορφή, παράγοντας μαρτενσίτης, ο οποίος αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητα.
Το βάθος σκλήρυνσης του εξωτερικού στρώματος ανθρακούχου χάλυβα που επιτυγχάνεται με τη σκλήρυνση με λέιζερ είναι συνήθως 0.1-1,5 mm και μπορεί να είναι 2,5 mm ή περισσότερο σε ορισμένα υλικά. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους σβέσης, τα πλεονεκτήματά του είναι:
1. Η εισαγωγή θερμότητας στόχου περιορίζεται στην ίδια περιοχή, επομένως δεν υπάρχει σχεδόν καμία παραμόρφωση εξαρτημάτων κατά την επεξεργασία. Το κόστος επανεπεξεργασίας μειώνεται ή και εξαλείφεται εντελώς:
2. Μπορεί επίσης να σκληρύνει σε πολύπλοκες γεωμετρικές επιφάνειες και εξαρτήματα ακριβείας και μπορεί να επιτύχει ακριβή σκλήρυνση τοπικά περιορισμένων λειτουργικών επιφανειών που δεν μπορούν να σβήσουν με παραδοσιακές μεθόδους σβέσης:
3. Καμία παραμόρφωση. Οι παραδοσιακές διεργασίες σκλήρυνσης παράγουν παραμορφώσεις λόγω υψηλότερης εισροής ενέργειας και σβέσης, αλλά στις διαδικασίες σκλήρυνσης με λέιζερ, η εισαγωγή θερμότητας μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια λόγω της τεχνολογίας λέιζερ και του ελέγχου θερμοκρασίας. Το εξάρτημα παραμένει σχεδόν στην αρχική του κατάσταση:
4. Η γεωμετρία σκληρότητας του εξαρτήματος μπορεί να αλλάξει "αμέσως". Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει ανάγκη μετατροπής οπτικών/ ολόκληρου του συστήματος.
02. Laser υφή
Η υφή με λέιζερ είναι ένα από τα μέσα επεξεργασίας για την επιφανειακή τροποποίηση μεταλλικών υλικών. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας δόμησης, το λέιζερ δημιουργεί τακτικά διατεταγμένες γεωμετρίες στο στρώμα ή στο υπόστρωμα προκειμένου να αλλάξει τις τεχνικές ιδιότητες με στοχευμένο τρόπο και να αναπτύξει νέες λειτουργίες. Η διαδικασία είναι κατά προσέγγιση η χρήση ακτινοβολίας λέιζερ (συνήθως λέιζερ βραχέων παλμών) για τη δημιουργία κανονικά διατεταγμένων γεωμετριών στην επιφάνεια με αναπαραγόμενο τρόπο. Η δέσμη λέιζερ λιώνει το υλικό με ελεγχόμενο τρόπο και στερεοποιείται σε μια καθορισμένη δομή μέσω της κατάλληλης διαχείρισης της διαδικασίας.
Για παράδειγμα, μια υδρόφοβη δομή επιφάνειας επιτρέπει στο νερό να ρέει από την επιφάνεια. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να επιτευχθεί δημιουργώντας δομές υπομικρών στην επιφάνεια με λέιζερ υπερμικρών παλμών και η δομή που θα δημιουργηθεί μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια αλλάζοντας τις παραμέτρους του λέιζερ. Το αντίθετο αποτέλεσμα, όπως η υδρόφιλη επιφάνεια, μπορεί επίσης να επιτευχθεί:
Για το βάψιμο των πάνελ αυτοκινήτων, τα "micro-pits" πρέπει να είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα στην επιφάνεια της λεπτής πλάκας για να ενισχυθεί η πρόσφυση του χρώματος. Μια παλμική δέσμη λέιζερ με συχνότητα από χιλιάδες έως δεκάδες χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο εστιάζεται και προσπίπτει στην επιφάνεια του κυλίνδρου. Μια μικροσκοπική δεξαμενή τήγματος σχηματίζεται στην επιφάνεια κύλισης στο σημείο εστίασης. Ταυτόχρονα, η μικροσκοπική δεξαμενή τήγματος φυσάται πλάγια για να επιτραπεί στο τήγμα στη δεξαμενή τήγματος να συσσωρευτεί όσο το δυνατόν περισσότερο στην άκρη της δεξαμενής τήγματος σύμφωνα με τις καθορισμένες απαιτήσεις για να σχηματιστεί μια κεφαλή σε σχήμα τόξου. Αυτά τα μικρά προεξοχές και μικρο-λάκκους μπορούν όχι μόνο να αυξήσουν την τραχύτητα της επιφάνειας του υλικού και να αυξήσουν την πρόσφυση του χρώματος, αλλά και να αυξήσουν την επιφανειακή σκληρότητα του υλικού και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής.
Ορισμένα χαρακτηριστικά δημιουργούνται από τη δόμηση λέιζερ, όπως τα χαρακτηριστικά τριβής ή η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα ορισμένων μεταλλικών υλικών. Επιπλέον, η δόμηση με λέιζερ αυξάνει επίσης την αντοχή συγκόλλησης και τη διάρκεια ζωής του τεμαχίου εργασίας.
Σουισάνγκ Μπογκουάνγκ
Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους, η δόμηση με λέιζερ επιφάνειας είναι πιο φιλική προς το περιβάλλον και δεν απαιτεί πρόσθετους παράγοντες αμμοβολής ή χημικά: Επαναλαμβανόμενο και ακριβές, το λέιζερ επιτυγχάνει μια ελεγχόμενη δομή με ακρίβεια σε μικρά και είναι πολύ εύκολο να αναπαραχθεί: Χαμηλή συντήρηση, σε σύγκριση με μηχανικά εργαλεία που φθείρεται γρήγορα, το λέιζερ δεν έρχεται σε επαφή και επομένως είναι απολύτως απαλλαγμένο από φθορά: Δεν απαιτείται μετα-επεξεργασία και δεν αφήνονται υπολείμματα τήγματος ή άλλα υπολείμματα επεξεργασίας στα επεξεργασμένα με λέιζερ μέρη.
03. Πολύχρωμη επιφανειακή επεξεργασία με λέιζερ
Η σκλήρυνση με λέιζερ χρησιμοποιείται συχνά στην επεξεργασία πολύχρωμων επιφανειών με λέιζερ, γνωστή και ως έγχρωμη σήμανση με λέιζερ. Η αρχή της διαδικασίας είναι ότι όταν το λέιζερ θερμαίνει το υλικό, το μέταλλο θερμαίνεται ελαφρώς κάτω από το σημείο τήξης του. Κάτω από κατάλληλες παραμέτρους διαδικασίας, η δομή της πύλης θα αλλάξει: θα σχηματιστεί ένα στρώμα οξειδίου στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας. Όταν αυτή η μεμβράνη εκτίθεται στο φως, το προσπίπτον φως παρεμβαίνει για να εμφανιστούν διάφορα χρώματα σκλήρυνσης αυτή τη στιγμή. Το πολύχρωμο στρώμα σήμανσης που δημιουργείται στην επιφάνεια αλλάζει με διαφορετικές γωνίες θέασης. Το σχέδιο του σήματος θα αλλάξει επίσης σε διάφορα διαφορετικά χρώματα. Αυτά τα χρώματα παραμένουν σταθερά σε θερμοκρασίες έως περίπου 200 "C. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, η πύλη θα επιστρέψει στην αρχική της κατάσταση-η σήμανση εξαφανίζεται. Η ποιότητα της επιφάνειας θα διατηρηθεί πλήρως. Έχει υψηλό βαθμό ασφάλειας και ιχνηλασιμότητας σε αντι- Εφαρμογές απομίμησης Τα τελευταία χρόνια, έχει χρησιμοποιηθεί ώριμα στον τομέα της ιατρικής τεχνολογίας.
04. Επένδυση με λέιζερ
Είναι μια διαδικασία κατασκευής προσθέτων κατάλληλη για υβριδικά υλικά μετάλλου και μετάλλου-κεραμικού. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ή την τροποποίηση τρισδιάστατων γεωμετριών. Το λέιζερ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την επισκευή ή την επικάλυψη τους χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο παραγωγής. Ως εκ τούτου, στον αεροδιαστημικό τομέα, η κατασκευή πρόσθετων χρησιμοποιείται για την επισκευή των πτερυγίων του στροβίλου.
Στην κατασκευή εργαλείων και καλουπιών, οι σπασμένες ή φθαρμένες άκρες και οι διαμορφωμένες λειτουργικές επιφάνειες μπορούν να επισκευαστούν ή ακόμα και να θωρακιστούν. Στην ενεργειακή τεχνολογία ή στα πετροχημικά, τα ρουλεμάν, οι κύλινδροι ή τα υδραυλικά εξαρτήματα επικαλύπτονται για προστασία από τη φθορά και τη διάβρωση. Η κατασκευή προσθέτων χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή αυτοκινήτων. Ένας μεγάλος αριθμός εξαρτημάτων τροποποιείται εδώ.
Στη συμβατική εναπόθεση μετάλλου λέιζερ, η δέσμη λέιζερ θερμαίνει πρώτα το τεμάχιο εργασίας τοπικά και στη συνέχεια σχηματίζει μια λιωμένη λίμνη. Στη συνέχεια ψεκάζεται λεπτή σκόνη μετάλλου απευθείας στη λιωμένη πισίνα από το ακροφύσιο της κεφαλής επεξεργασίας λέιζερ. Στην εναπόθεση μετάλλου με λέιζερ υψηλής ταχύτητας, τα σωματίδια της σκόνης θερμαίνονται ήδη σχεδόν στη θερμοκρασία τήξης πάνω από την επιφάνεια του υποστρώματος. Επομένως, απαιτείται λιγότερος χρόνος για την τήξη των σωματιδίων της σκόνης.
Το αποτέλεσμα: σημαντικά αυξημένη ταχύτητα διαδικασίας. Λόγω των μειωμένων θερμικών επιδράσεων, πολύ ευαίσθητα στη θερμότητα υλικά, όπως κράματα αλουμινίου και κράματα χυτοσιδήρου, μπορούν επίσης να επικαλυφθούν χρησιμοποιώντας εναπόθεση μετάλλων λέιζερ υψηλής ταχύτητας. Υψηλές επιφανειακές ταχύτητες έως και 1500 rpm μπορούν να επιτευχθούν σε περιστροφικά συμμετρικές επιφάνειες χρησιμοποιώντας τη διαδικασία HS-LMD. cm/min. Ταυτόχρονα, επιτυγχάνονται ταχύτητες τροφοδοσίας έως και αρκετές εκατοντάδες μέτρα ανά λεπτό.
Επισκευάστε ακριβά εξαρτήματα ή καλούπια γρήγορα και εύκολα με εναπόθεση σκόνης λέιζερ. Οι βλάβες όλων των μεγεθών μπορούν να επισκευαστούν γρήγορα και σχεδόν χωρίς να αφήσουν σημάδι. Αλλαγές σχεδιασμού είναι επίσης δυνατές. Αυτό εξοικονομεί χρόνο, ενέργεια και υλικό. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για ακριβά μέταλλα όπως το νικέλιο ή το τιτάνιο. Τυπικά παραδείγματα εφαρμογής είναι πτερύγια στροβίλου, διάφορα έμβολα, βαλβίδες, άξονες ή καλούπια.
05. Θερμική επεξεργασία με λέιζερ
Χιλιάδες μικρολέιζερ (VCSEL) είναι τοποθετημένα σε ένα μόνο τσιπ. Κάθε πομπός είναι εξοπλισμένος με 56 τέτοια τσιπ και μια μονάδα αποτελείται από πολλούς εκπομπούς. Το ορθογώνιο πεδίο ακτινοβολίας μπορεί να περιέχει εκατομμύρια μικρολέιζερ και μπορεί να παράγει αρκετά κιλοβάτ υπέρυθρης ισχύος λέιζερ.
Τα VCSEL παράγουν δέσμες κοντά στο υπέρυθρο με ένταση ακτινοβολίας 100 W/cm² με μεγάλη, κατευθυντική ορθογώνια διατομή δέσμης. Κατ' αρχήν, αυτή η τεχνολογία είναι κατάλληλη για όλες τις βιομηχανικές διεργασίες που απαιτούν εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια στον έλεγχο της επιφάνειας και της θερμοκρασίας.
Οι μονάδες θερμικής επεξεργασίας λέιζερ είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για εφαρμογές θέρμανσης μεγάλης περιοχής με απαιτητικές και ευέλικτες απαιτήσεις. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους θέρμανσης, αυτή η νέα διαδικασία θέρμανσης έχει μεγαλύτερη ευελιξία, ακρίβεια και εξοικονόμηση κόστους.
Αυτή η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σφράγιση κυψελών τύπου σακούλας για την αποφυγή τσαλακώματος του φύλλου αλουμινίου, παρατείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για το στέγνωμα του φύλλου αλουμινίου μπαταρίας, των ηλιακών συλλεκτών και για την ακριβή επεξεργασία της περιοχής θέρμανσης συγκεκριμένων υλικών (όπως οι γκοφρέτες από χάλυβα και σιλικόνη).
06. Γυάλισμα με λέιζερ
Ο μηχανισμός της τεχνολογίας στίλβωσης με λέιζερ είναι η επιφανειακή στενή τήξη και η υπερβολική τήξη της επιφάνειας, που βασίζεται στην επανατήξη της επιφάνειας και την επαναστερεοποίηση της επαναλειωμένης στρώσης με λέιζερ. Όταν η μεταλλική επιφάνεια ακτινοβολείται από ένα αρκετά υψηλής ενέργειας λέιζερ, η επιφάνειά της υφίσταται έναν ορισμένο βαθμό επανατήξης και ανακατανομής και μέσω της δράσης της επιφανειακής τάσης εφελκυσμού και της βαρύτητας, επιτυγχάνεται μια λεία επιφάνεια πριν από τη στερεοποίηση.
Ολόκληρο το πάχος του τηγμένου στρώματος είναι μικρότερο από το ύψος από τη σκάφη μέχρι την κορυφή, έτσι ώστε ολόκληρο το λιωμένο μέταλλο να γεμίζεται στην κοντινή σκάφη. Η κινητήρια δύναμη για αυτό το γέμισμα επιτυγχάνεται μέσω του τριχοειδούς φαινομένου, ενώ το παχύτερο στρώμα θα κάνει το υγρό μέταλλο να ρέει προς τα έξω από το κέντρο της λιωμένης λίμνης. Η κινητήρια δύναμη είναι το θερμικό τριχοειδές φαινόμενο ή το φαινόμενο Marconi, ώστε να μπορεί να ανακατανεμηθεί.
Σουίτσι Μπιεγκουάνγκ
Οι περιπτώσεις εφαρμογής περιλαμβάνουν κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου, τα οποία χρησιμοποιούνται ως οπτικά στοιχεία φωτός και μεγάλων τηλεσκοπίων (ειδικά ανακλαστήρες μεγάλου μεγέθους και πολύπλοκου σχήματος). Το RB-SiC είναι ένα τυπικό υλικό υψηλής σκληρότητας, πολύπλοκης φάσης και η τεχνολογία γυαλίσματος επιφανειών ακριβείας του είναι δύσκολη και αναποτελεσματική. Η επιφάνεια του RB-SiC που έχει προεπικαλυφθεί με σκόνη Si τροποποιείται με λέιζερ femtosecond. Μετά από μόνο 4,5 ώρες γυαλίσματος, μπορεί να επιτευχθεί μια οπτική επιφάνεια με τραχύτητα επιφάνειας Sq 4,45 nm. Σε σύγκριση με την άμεση λείανση και στίλβωση, η απόδοση στίλβωσης αυξάνεται κατά περισσότερο από 3 φορές. Η στίλβωση με λέιζερ χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στη στίλβωση καλουπιών, έκκεντρων και λεπίδων στροβίλου.
07. Πετάγγιση βολής με λέιζερ
Η ενίσχυση του κραδασμού με λέιζερ, γνωστή και ως εκτόξευση βολής με λέιζερ, είναι η ακτινοβολία της επιφάνειας μεταλλικών μερών με λέιζερ μικρής παλμικής πυκνότητας υψηλής ενέργειας, υψηλής εστίασης (λ=1053nm). Το επιφανειακό μέταλλο (ή το στρώμα απορρόφησης) σχηματίζει αμέσως μια έκρηξη πλάσματος υπό τη δράση λέιζερ υψηλής πυκνότητας ισχύος. Το κρουστικό κύμα έκρηξης μεταδίδεται στο εσωτερικό του μεταλλικού τμήματος κάτω από τον περιορισμό του στρώματος περιορισμού, προκαλώντας τους επιφανειακούς κόκκους να παράγουν συμπιεστική πλαστική παραμόρφωση και λαμβάνοντας υπολειπόμενη θλιπτική τάση, βελτίωση κόκκων και άλλα αποτελέσματα ενίσχυσης της επιφάνειας στο παχύτερο εύρος του επιφάνεια του εξαρτήματος. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή μηχανική βολή, έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
1. Ισχυρή κατευθυντικότητα: Το λέιζερ δρα στη μεταλλική επιφάνεια με ελεγχόμενη γωνία, με υψηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας, ενώ η γωνία πρόσκρουσης μηχανικού βλήματος είναι τυχαία:
2. Μεγάλη δύναμη: Η στιγμιαία πίεση που δημιουργείται από την εκτόξευση πλάσματος με βολή λέιζερ είναι τόσο υψηλή όσο αρκετά GPa: Υψηλή πυκνότητα ισχύος: Η μέγιστη πυκνότητα ισχύος της πρόσκρουσης λέιζερ φτάνει αρκετές έως δεκάδες GW//cm2:
3. Καλή ακεραιότητα επιφάνειας: Η πρόσκρουση με λέιζερ δεν έχει σχεδόν καμία επίδραση εκτόξευσης στην επιφάνεια, ενώ μετά από μηχανική βολή, η μορφολογία της επιφάνειας καταστρέφεται και εμφανίζεται συγκέντρωση τάσεων.
Η μέγιστη τιμή θλιπτικής τάσης μετά την κρούση λέιζερ είναι καλύτερη και η επιφανειακή υπολειπόμενη θλιπτική τάση αυξάνεται κατά περίπου 40%~50%, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά τις τιμές των σχετικών δεικτών όπως η διάρκεια ζωής της κόπωσης, η αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και ο σχηματισμός κάμψης του τεμάχιο εργασίας. Έχει εφαρμοστεί στους τομείς της επεξεργασίας επιφανειών αεροσκαφών και της επεξεργασίας επιφανειών αεροκινητήρων.
