Десять застосувань лазерної технології в обробці поверхні

Десять застосувань лазерної технології в обробці поверхні

Лазерна обробка поверхні - це технологія, яка використовує лазерний промінь високої щільності для безконтактного нагрівання поверхні матеріалу та реалізує його поверхневу модифікацію за допомогою кондуктивного охолодження самої поверхні матеріалу.Це сприяє покращенню механічних і фізичних властивостей поверхні матеріалу, а також зносостійкості, стійкості до корозії та стійкості до втоми деталей.В останні роки технології лазерної обробки поверхні, такі як лазерне очищення, лазерне гартування, лазерне легування, лазерне ударне зміцнення та лазерний відпал, а також лазерне плакування, лазерний 3D-друк, лазерне гальванічне покриття та інші технології лазерного адитивного виробництва, відкрили широкі перспективи застосування .

обробка поверхні1

1. Лазерна чистка

Лазерне очищення — це нова технологія очищення поверхні, яка швидко розвивається, яка використовує високоенергетичний імпульсний лазерний промінь для опромінення поверхні деталі, завдяки чому бруд, частинки або покриття на поверхні можуть миттєво випаровуватися або розширюватися, таким чином досягаючи процесу очищення. і очищення.Лазерне очищення в основному поділяється на видалення іржі, видалення масла, видалення фарби, видалення покриття та інші процеси;Він в основному використовується для очищення металу, культурних реліквій, очищення архітектури тощо. Завдяки своїм комплексним функціям, точній і гнучкій обробці, високій ефективності та енергозбереженню, екологічному захисту навколишнього середовища, відсутності пошкодження основи, інтелекту, хорошій якості очищення, безпеки, широкого застосування та інших характеристик і переваг, він стає все більш популярним у різних галузях промисловості.

У порівнянні з традиційними методами очищення, такими як механічне очищення тертям, хімічне очищення від корозії, очищення рідким твердим сильним ударом, високочастотне ультразвукове очищення, лазерне очищення має очевидні переваги.

2. Лазерне гасіння

Лазерне гасіння використовує високоенергетичний лазер як джерело тепла, щоб металева поверхня швидко ставала гарячою та холодною.Процес загартування завершується миттєво, щоб отримати високу твердість і надтонку мартенситну структуру, підвищити твердість і зносостійкість поверхні металу, а також створити напругу стиснення на поверхні для підвищення стійкості до втоми.Основні переваги цього процесу включають малу зону термічного впливу, малу деформацію, високий ступінь автоматизації, хорошу гнучкість селективного гартування, високу твердість очищених зерен та інтелектуальний захист навколишнього середовища.Наприклад, лазерну пляму можна налаштувати для гасіння будь-якої ширини;По-друге, лазерна головка та багатоосьове з’єднання робота можуть гасити визначену область складних деталей.Для іншого прикладу, лазерне гартування є надзвичайно гарячим і швидким, а напруга гарту та деформація невеликі.Деформацію заготовки до та після лазерного гарту можна майже не враховувати, тому він особливо підходить для обробки поверхні деталей з високими вимогами до точності.

В даний час лазерне гартування успішно застосовано для поверхневого зміцнення вразливих деталей в автомобільній промисловості, прес-формах, металургійних інструментах і машинобудуванні, особливо для підвищення терміну служби вразливих деталей, таких як шестерні, поверхні валів, напрямні, губки та форми.Характеристики лазерного гасіння наступні:

(1) Лазерне гартування – це процес швидкого нагріву та самозбудженого охолодження, який не потребує збереження тепла в печі та гартування теплоносія.Це екологічно чистий, екологічно чистий процес термічної обробки, який легко забезпечує рівномірне гартування на поверхні великих форм;

(2) Оскільки швидкість лазерного нагрівання висока, зона теплового впливу невелика, а загартування нагріванням сканування поверхні, тобто миттєве загартування нагріванням, деформація обробленої матриці дуже мала;

(3) Завдяки малому куту розбіжності лазерного променя він має хорошу спрямованість і може точно локально загасити поверхню форми через систему світловодів;

(4) Глибина загартованого шару лазерного гартування поверхні зазвичай становить 0,3-1,5 мм.

3. Лазерний відпал

Лазерний відпал — це процес термічної обробки, який використовує лазер для нагрівання поверхні матеріалу, тривалого впливу високої температури на матеріал, а потім повільного його охолодження.Основна мета цього процесу - зняти напругу, підвищити пластичність і міцність матеріалу, створити особливу мікроструктуру.Характеризується здатністю коригувати структуру матриці, знижувати твердість, подрібнювати зерна та усувати внутрішні напруги.В останні роки технологія лазерного відпалу також стала новим процесом у промисловості обробки напівпровідників, що може значно покращити інтеграцію інтегральних схем.

4. Лазерне ударне зміцнення

Технологія лазерного ударного зміцнення – це нова та висока технологія, яка використовує плазмову ударну хвилю, створювану потужним лазерним променем, для покращення противтомної, зносостійкості та стійкості до корозії металевих матеріалів.Він має багато видатних переваг, таких як відсутність зони теплового впливу, висока енергоефективність, надвисока швидкість деформації, сильна керованість і чудовий ефект зміцнення.У той же час лазерне ударне зміцнення має характеристики глибшої залишкової напруги стиску, кращої мікроструктури та цілісності поверхні, кращої термічної стабільності та довшого терміну служби.В останні роки ця технологія досягла швидкого розвитку та відіграє велику роль в аерокосмічній галузі, національній обороні, військовій промисловості та інших галузях.Крім того, покриття в основному використовується для захисту заготовки від лазерних опіків і посилення поглинання лазерної енергії.В даний час широко використовуваними матеріалами для покриття є чорна фарба та алюмінієва фольга.

Лазерна обробка (LP), також відома як лазерна ударна обробка (LSP), — це процес, що застосовується в галузі інженерії поверхні, тобто використання імпульсних лазерних променів високої потужності для створення залишкових напруг у матеріалах для підвищення зносостійкості. (таких як зносостійкість і стійкість до втоми) поверхонь матеріалів або для підвищення міцності тонких секцій матеріалів для підвищення поверхневої твердості матеріалів.

На відміну від більшості застосувань для обробки матеріалів, LSP не використовує потужність лазера для термічної обробки для досягнення бажаного ефекту, а використовує вплив променя для механічної обробки.Лазерний промінь високої потужності використовується для впливу на поверхню цільової заготовки коротким імпульсом високої потужності.

Світловий промінь впливає на металеву заготовку, негайно випаровує заготовку в стан тонкої плазми та застосовує до заготовки тиск ударної хвилі.Іноді для заміни випаровування металу на заготовку додають тонкий шар непрозорого облицювального матеріалу.Для створення тиску використовуються інші прозорі матеріали оболонки або інерційні інтерференційні шари для захоплення плазми (зазвичай води).

Плазма створює ефект ударної хвилі, змінює мікроструктуру поверхні заготовки в точці удару, а потім генерує ланцюгову реакцію розширення та стиснення металу.Глибока напруга стиску, створена цією реакцією, може подовжити термін служби компонента.

5. Лазерне легування

Лазерне легування - це нова технологія модифікації поверхні, яка може бути використана для отримання аморфних нанокристалічних армованих металокерамічних композитних покриттів на поверхні конструкційних деталей відповідно до різних умов експлуатації авіаційних матеріалів і характеристик нагріву лазерного променя високої щільності енергії та швидкості конденсації, тому для досягнення мети модифікації поверхні авіаційних матеріалів.У порівнянні з технологією лазерного сплаву, технологія лазерного наплавлення має такі характеристики, як малий коефіцієнт розчинення підкладки та розплавленої ванни, невелика зона термічного впливу, невелика термічна деформація заготовки та невелика кількість брухту заготовки після обробки лазерним напиленням.Лазерне наплавлення може значно покращити властивості поверхні матеріалів і відновити зношені матеріали.Він має характеристики високої ефективності, швидкої швидкості, екологічного захисту навколишнього середовища та без забруднення, а також хорошої продуктивності заготовки після обробки.

обробка поверхні26. Лазерне наплавлення

Технологія лазерного плакування також є однією з нових технологій модифікації поверхні, що представляє напрямок розвитку та рівень інженерії поверхні.Технологія лазерного наплавлення стала гарячою точкою досліджень у модифікації поверхні титанових сплавів завдяки її перевагам екологічно чистого та металургійного поєднання між покриттям і підкладкою.Лазерне наплавлення керамічним покриттям або композитним покриттям, армованим керамічними частинками, є ефективним способом підвищення зносостійкості поверхні титанового сплаву.Відповідно до фактичних умов роботи виберіть відповідну систему матеріалів, і технологія лазерного покриття може досягти найкращих вимог процесу.Технологія лазерного покриття може відновити різні деталі, що вийшли з ладу, наприклад, лопаті авіадвигуна.

Різниця між лазерним легуванням поверхні та лазерним плакуванням поверхні полягає в тому, що лазерне легування поверхні полягає в повному змішуванні доданих елементів сплаву та поверхневого шару підкладки в рідкому стані для утворення шару легування;Лазерне плакування поверхні полягає в тому, щоб розплавити все попереднє покриття та мікророзплавити поверхню підкладки, щоб шар облицювання та матеріал підкладки утворювали металургійну комбінацію та зберігали склад шару облицювання в основному незмінним.Технологія лазерного легування та лазерного наплавлення в основному використовується для підвищення зносостійкості поверхні, стійкості до корозії та стійкості до сортування титанових сплавів.

В даний час технологія лазерного наплавлення широко використовується при ремонті та модифікації металевих поверхонь.Однак, хоча традиційне лазерне плакування має переваги та характеристики гнучкої обробки, ремонту спеціальної форми, визначеної користувачем добавки тощо, його ефективність роботи низька, і воно все ще не може відповідати вимогам великомасштабного швидкого виробництва та обробки в деякі виробничі поля.Щоб задовольнити потреби масового виробництва та підвищити ефективність наплавлення, виникла технологія високошвидкісного лазерного наплавлення.

Технологія високошвидкісного лазерного облицювання може створити компактний і бездефектний шар облицювання.Якість поверхні облицювального шару - компактність, металургійне зчеплення з підкладкою, відсутність відкритих дефектів, поверхня гладка.Його можна обробляти не тільки на обертовому тілі, а й на площині та складній поверхні.Завдяки безперервній технічній оптимізації цю технологію можна широко використовувати у вугільній, металургійній, морських платформах, виробництві паперу, побутовій техніці, автомобілях, кораблях, нафтовій, аерокосмічній промисловості та стати екологічним процесом відновлення, який може замінити традиційну технологію гальванічного покриття.

7. Лазерне гравірування

Лазерне гравірування — це процес лазерної обробки, який використовує технологію ЧПК для проектування лазерного променя високої енергії на поверхню матеріалу та використовує тепловий ефект, створюваний лазером, для створення чітких візерунків на поверхні матеріалу.Фізична денатурація плавлення та газифікації оброблюваних матеріалів під опроміненням лазерного гравіювання може дозволити лазерне гравірування досягти цілей обробки.Лазерне гравірування — це використання лазера для гравірування слів на об’єкті.Слова, вирізані за цією технологією, не мають зазубрин, поверхня предмета гладка та плоска, почерк не стирається.До його особливостей і переваг відносяться: безпечний і надійний;Точний і ретельний, точність може досягати 0,02 мм;Збережіть захист навколишнього середовища та матеріали під час обробки;Швидкість, швидкісне гравірування за вихідними кресленнями;Низька вартість, необмежена кількістю обробки тощо.

обробка поверхні3

8. Лазерний 3D друк

Процес використовує технологію лазерного покриття, яка використовує лазер для опромінення потоку порошку, що транспортується соплом, щоб безпосередньо розплавити просту речовину або порошок сплаву.Після того, як лазерний промінь виходить, рідкий сплав швидко твердне, щоб реалізувати швидке створення прототипу сплаву.В даний час він широко використовується в промисловому моделюванні, машинобудуванні, аерокосмічній промисловості, військовій промисловості, архітектурі, кіно та телебаченні, побутовій техніці, легкій промисловості, медицині, археології, культурі та мистецтві, скульптурі, ювелірних виробах та інших галузях.

обробка поверхні4

9. Типове промислове застосування лазерної обробки поверхні та відновлення

В даний час технології, процеси та обладнання лазерної обробки поверхні та адитивного виробництва широко використовуються в металургії, гірничому машинобудуванні, прес-формах, нафтовій енергетиці, апаратних інструментах, залізничному транспорті, аерокосмічній промисловості, машинобудуванні та інших галузях.

 

10. Застосування технології лазерного гальванічного покриття

Лазерне гальванічне покриття — це нова технологія гальванічного нанесення високоенергетичного променя, яка має велике значення для виробництва та ремонту мікроелектронних пристроїв і великомасштабних інтегральних схем.В даний час, хоча принципи лазерного гальванічного покриття, лазерної абляції, плазмового лазерного осадження та лазерного струменя все ще досліджуються, їх технології були застосовані.Коли безперервний лазер або імпульсний лазер опромінює поверхню катода в гальванічній ванні, не тільки можна значно покращити швидкість осадження металу, але також можна використовувати комп’ютер для керування траєкторією лазерного променя для отримання неекранованого покриття. очікувана складна геометрія.

Застосування лазерної гальваніки на практиці в основному базується на таких двох характеристиках:

(1) Швидкість у зоні лазерного опромінення набагато вища за швидкість гальванічного покриття в тілі (приблизно в 103 рази);

(2) Контрольна здатність лазера сильна, що може змусити необхідну частину матеріалу осадити необхідну кількість металу.Звичайне гальванічне нанесення відбувається на всій підкладці електрода, і швидкість гальванічного нанесення повільна, тому важко сформувати складні та тонкі візерунки.Лазерне гальванічне покриття може регулювати лазерний промінь до розміру мікрометра та проводити неекрановану трасування на розмірі мікрометра.Цей тип високошвидкісного відображення стає все більш практичним для проектування схем, ремонту схем і локального нанесення на компоненти мікроелектронних роз’ємів.

У порівнянні зі звичайним гальванічним покриттям його переваги:

(1) Висока швидкість осадження, наприклад, лазерне золотене покриття до 1 мкМ/с, лазерне міднення до 10 мкМ/с, лазерне струменеве золотене покриття до 12 мкМ/с, лазерне струменеве міднення до 50 μ м/с;

(2) Осадження металу відбувається лише в зоні лазерного опромінення, і покриття локального осадження може бути отримано без захисних заходів, таким чином спрощуючи процес виробництва;

(3) Адгезія покриття значно покращена;

(4) Легко реалізувати автоматичний контроль;

(5) Економте дорогоцінні метали;

(6) Зекономте інвестиції в обладнання та час обробки.

Коли безперервний лазер або імпульсний лазер опромінює поверхню катода в гальванічній ванні, не тільки можна значно покращити швидкість осадження металу, але також комп’ютер може контролювати траєкторію руху лазерного променя для отримання неекранованого покриття з очікуваним комплексом. геометрія.Сучасна нова технологія гальванічного нанесення, покращеного лазерним струменем, поєднує в собі технологію гальванічного нанесення, покращеного лазером, із розпиленням розчину для гальванічного покриття, завдяки чому лазер і розчин для нанесення покриття можуть одночасно стріляти на поверхню катода, а швидкість масопередачі набагато вища, ніж швидкість масопередачі мікроперемішування, викликаного лазерним випромінюванням, таким чином досягаючи дуже високої швидкості осадження.

обробка поверхні5

Майбутній розвиток та інновації

У майбутньому напрямок розвитку лазерної обробки поверхні та обладнання для адитивного виробництва можна підсумувати наступним чином:

·Висока ефективність – висока ефективність обробки, що відповідає швидкому виробничому ритму сучасної промисловості;

·Висока продуктивність – обладнання має різноманітні функції, стабільну роботу та підходить для різних умов роботи;

·Високий інтелект – рівень інтелекту постійно вдосконалюється, з меншим ручним втручанням;

· Низька собівартість – контрольована вартість обладнання, знижена вартість витратних матеріалів;

· Кастомізація – індивідуальне налаштування обладнання, точне післяпродажне обслуговування,

·І компаундування – поєднання лазерної технології з традиційною технологією обробки.


Час публікації: 17 вересня 2022 р

  • Попередній:
  • далі: