Lazer teknolojisi uzun zamandır kaynak, kesme ve işaretlemede yaygın kullanımıyla bilinmektedir. Son iki yılda, lazer temizliğinin giderek yaygınlaşmasıyla birlikte, lazer yüzey işleme kavramı giderek daha fazla insanın dikkatini çekmeye ve insanların zihninde belirmeye başlamıştır. Lazer işleme temassız, oldukça esnek, yüksek hızlı ve gürültüsüzdür, küçük bir ısıdan etkilenen bölge ve alt tabakaya zarar vermez, sarf malzemesi gerektirmez ve çevre dostudur ve düşük karbonludur.
Lazer temizliğinin yanı sıra, lazer yüzey işleminin aslında lazer parlatma, lazer kaplama, lazer söndürme vb. gibi birçok uygulama kategorisi vardır. Bu yöntemler, yüzey işlemini hidrofobik hale getirmek veya yaklaşık 10 mikron çapında ve sadece birkaç mikron derinliğinde küçük çöküntüler oluşturmak için lazer darbeleri kullanmak gibi malzeme yüzeyinin belirli fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirmek için kullanılır, böylece pürüzlülük artar ve yüzey yapışması iyileştirilir.
Lazer temizliğinin yanı sıra aşağıdaki lazer yüzey işlem yöntemlerini biliyor musunuz?
01. Lazer söndürme
Lazer söndürme, yüksek stresli karmaşık parçaları işlemek için çözümlerden biridir. Eksantrik milleri ve bükme takımları gibi yüksek aşınmaya sahip parçaların daha yüksek strese dayanmasını ve ömrünü uzatmasını sağlayabilir.
Prensibi, karbon içeren iş parçasının yüzeyini erime sıcaklığının biraz altına (900-1400 derece ışınlama gücünün %40'ı emilir) ısıtarak metal kafesteki karbon atomlarını yeniden düzenlemektir (austenizasyon) ve ardından lazer ışını yüzeyi besleme yönü boyunca kararlı bir şekilde ısıtır. Lazer ışını hareket ettikçe, çevredeki malzeme hızla soğur ve metal kafes orijinal formuna geri dönemez, böylece sertliği önemli ölçüde artıran martensit üretir.
Lazer sertleştirme ile elde edilen karbon çeliğinin dış tabakasının sertleştirme derinliği genellikle 0.1-1.5 mm'dir ve bazı malzemelerde 2,5 mm veya daha fazla olabilir. Geleneksel söndürme yöntemleriyle karşılaştırıldığında avantajları şunlardır:
1. Hedef ısı girişi aynı alanla sınırlıdır, bu nedenle işleme sırasında neredeyse hiç bileşen eğrilmesi olmaz. Yeniden işleme maliyetleri azalır veya hatta tamamen ortadan kalkar:
2. Karmaşık geometrik yüzeylerde ve hassas parçalarda da sertleşebilir ve geleneksel söndürme yöntemleriyle söndürülemeyen yerel olarak kısıtlı fonksiyonel yüzeylerin hassas sertleştirilmesini sağlayabilir:
3. Bozulma yok. Geleneksel sertleştirme işlemleri daha yüksek enerji girişi ve söndürme nedeniyle deformasyonlar üretir, ancak lazer sertleştirme işlemlerinde, lazer teknolojisi ve sıcaklık kontrolü nedeniyle ısı girişi hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Bileşen neredeyse orijinal halinde kalır:
4. Bileşenin sertlik geometrisi "anında" değiştirilebilir. Bu, optikleri/tüm sistemi dönüştürmeye gerek olmadığı anlamına gelir.
02. Lazer dokulandırma
Lazer dokulandırma, metal malzemelerin yüzey modifikasyonu için kullanılan bir işlem aracıdır. Yapılandırma işlemi sırasında lazer, teknik özellikleri hedeflenen bir şekilde değiştirmek ve yeni işlevler geliştirmek için katmanda veya alt tabakada düzenli olarak düzenlenmiş geometriler oluşturur. İşlem, yüzeyde düzenli olarak düzenlenmiş geometrileri tekrarlanabilir bir şekilde oluşturmak için lazer radyasyonunu (genellikle kısa darbeli lazerler) kullanmaktır. Lazer ışını, malzemeyi kontrollü bir şekilde eritir ve uygun işlem yönetimi yoluyla tanımlanmış bir yapıya katılaştırır.
Örneğin, hidrofobik bir yüzey yapısı suyun yüzeyden akmasına izin verir. Bu özellik, yüzeyde ultra kısa darbeli lazerlerle alt mikron yapılar oluşturularak elde edilebilir ve oluşturulacak yapı, lazer parametreleri değiştirilerek hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Hidrofilik yüzey gibi zıt etki de elde edilebilir:
Otomobil panellerinin boyanması için, boyanın yapışmasını artırmak için ince plakanın yüzeyine eşit şekilde "mikro çukurlar" dağıtılmalıdır. Saniyede binlerce ila on binlerce kez frekansı olan darbeli bir lazer ışını odaklanır ve silindir yüzeyine düşer. Odak noktasındaki silindir yüzeyinde küçük bir eriyik havuzu oluşur. Aynı zamanda, küçük eriyik havuzu yana doğru üflenerek eriyik havuzundaki eriyiğin belirtilen gereksinimlere göre eriyik havuzunun kenarına mümkün olduğunca birikmesine izin verilir ve yay şeklinde bir çıkıntı oluşturulur. Bu küçük çıkıntılar ve mikro çukurlar yalnızca malzeme yüzeyinin pürüzlülüğünü ve boyanın yapışmasını artırmakla kalmaz, aynı zamanda malzemenin yüzey sertliğini de artırır ve hizmet ömrünü uzatır.
Bazı özellikler, örneğin bazı metal malzemelerin sürtünme özellikleri veya elektriksel ve termal iletkenliği, lazer yapılandırma ile üretilir. Ayrıca, lazer yapılandırma iş parçasının bağlanma mukavemetini ve hizmet ömrünü de artırır.
Shuishang Boguang
Geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında, yüzey lazer yapılandırması daha çevre dostudur ve ek kumlama maddeleri veya kimyasalları gerektirmez: Tekrarlanabilir ve hassas olan lazer, mikron düzeyinde doğrulukta kontrollü bir yapı elde eder ve kopyalanması çok kolaydır: Hızlı aşınan mekanik aletlere kıyasla düşük bakım gerektiren lazer, temassızdır ve bu nedenle kesinlikle aşınmaz: Son işlem gerekmez ve lazerle işlenmiş parçalarda eriyik veya başka işlem kalıntıları kalmaz.
03. Lazer renkli yüzey işleme
Lazer temperleme, lazer renkli yüzey işlemlerinde, lazer renk işaretlemesi olarak da bilinir, sıklıkla kullanılır. İşlem prensibi, lazer malzemeyi ısıttığında, metalin erime noktasının biraz altına kadar ısıtılmasıdır. Uygun işlem parametreleri altında, kapının yapısı değişecektir: iş parçasının yüzeyinde bir oksit tabakası oluşacaktır. Bu film ışığa maruz kaldığında, gelen ışık bu sırada çeşitli temperleme renklerinin ortaya çıkmasını sağlamak için müdahale eder. Yüzeyde oluşturulan renkli işaretleme tabakası farklı görüntüleme açılarıyla değişir. İşaretin deseni de çeşitli farklı renklere dönüşecektir. Bu renkler yaklaşık 200 "C'ye kadar sıcaklıklarda sabit kalır. Daha yüksek sıcaklıklarda, kapı ilk durumuna geri döner - işaretleme kaybolur. Yüzey kalitesi tamamen korunacaktır. Sahteciliğe karşı uygulamalarda yüksek derecede güvenlik ve izlenebilirliğe sahiptir. Son yıllarda, tıbbi teknoloji alanında olgun bir şekilde kullanılmaktadır. Ultra kısa darbeli lazerler tarafından yapılan yeni siyah işaretlemeye ek olarak, ürün tanımlaması için de çok uygundur ve böylece UDI direktifine göre benzersiz izlenebilirlik elde edilir.
04. Lazer kaplama
Metal ve metal-seramik hibrit malzemeler için uygun bir katkı üretim sürecidir. Bu, 3B geometriler oluşturmak veya değiştirmek için kullanılabilir. Lazer ayrıca bu üretim yöntemini kullanarak bunları onarmak veya kaplamak için de kullanılabilir. Bu nedenle havacılık sektöründe katkı üretim, türbin kanatlarını onarmak için kullanılır.
Takım ve kalıp imalatında, kırık veya aşınmış kenarlar ve şekilli işlevsel yüzeyler onarılabilir veya hatta zırhlanabilir. Enerji teknolojisinde veya petrokimyasallarda, rulmanlar, silindirler veya hidrolik bileşenler aşınma ve korozyona karşı koruma sağlamak için kaplanır. Katkı maddesi imalatı otomotiv yapımında da kullanılır. Burada çok sayıda bileşen değiştirilir.
Geleneksel lazer metal biriktirmede, lazer ışını önce iş parçasını lokal olarak ısıtır ve sonra erimiş bir havuz oluşturur. Daha sonra ince metal tozu, lazer işleme kafasının nozulundan doğrudan erimiş havuza püskürtülür. Yüksek hızlı lazer metal biriktirmede, toz parçacıkları zaten alt tabaka yüzeyinin hemen üzerindeki erime sıcaklığına kadar ısıtılır. Bu nedenle, toz parçacıklarını eritmek için daha az zamana ihtiyaç duyulur.
Etkisi: önemli ölçüde artan işlem hızı. Azaltılmış termal etkiler nedeniyle, alüminyum alaşımları ve dökme demir alaşımları gibi çok ısıya duyarlı malzemeler de yüksek hızlı lazer metal biriktirme kullanılarak kaplanabilir. HS-LMD işlemi kullanılarak, dönüşsel olarak simetrik yüzeylerde 1500 rpm'ye kadar yüksek yüzey hızları elde edilebilir. cm/dak. Aynı zamanda, dakikada birkaç yüz metreye kadar besleme hızları elde edilir.
Pahalı bileşenleri veya kalıpları lazer toz biriktirme ile hızlı ve kolay bir şekilde onarın. Her boyuttaki hasar hızlı bir şekilde ve neredeyse hiç iz bırakmadan onarılabilir. Tasarım değişiklikleri de mümkündür. Bu, zamandan, enerjiden ve malzemeden tasarruf sağlar. Bu, özellikle nikel veya titanyum gibi pahalı metaller için değerlidir. Tipik uygulama örnekleri arasında türbin kanatları, çeşitli pistonlar, valfler, şaftlar veya kalıplar bulunur.
05. Lazer ısıl işlem
Binlerce mikro lazer (VCSEL) tek bir çipe monte edilmiştir. Her bir yayıcı 56 adet bu tür çip ile donatılmıştır ve bir modül birkaç yayıcıdan oluşur. Dikdörtgen radyasyon alanı milyonlarca mikro lazer içerebilir ve birkaç kilovat kızılötesi lazer gücü üretebilir.
VCSEL'ler, büyük, yönlü dikdörtgen ışın kesitine sahip 100 W/cm² radyasyon yoğunluğuna sahip yakın kızılötesi ışınlar üretir. Prensip olarak, bu teknoloji yüzey ve sıcaklık kontrolünde son derece yüksek hassasiyet gerektiren tüm endüstriyel süreçler için uygundur.
Lazer ısıl işlem modülleri, özellikle zorlu ve esnek gereksinimlere sahip geniş alanlı ısıtma uygulamaları için uygundur. Geleneksel ısıtma yöntemleriyle karşılaştırıldığında, bu yeni ısıtma işlemi daha yüksek esnekliğe, hassasiyete ve maliyet tasarrufuna sahiptir.
Bu teknoloji, alüminyum folyonun kırışmasını önlemek için torba tipi hücreleri kapatmak için kullanılabilir ve böylece pilin kullanım ömrü uzatılabilir. Ayrıca pil alüminyum folyosunu kurutmak, güneş panellerini ışığa batırmak ve belirli malzemelerin (çelik ve silikon gofretler gibi) ısıtma alanını hassas bir şekilde işlemek için de kullanılabilir.
06. Lazer cilalama
Lazer parlatma teknolojisinin mekanizması, yüzeyin dar erimesi ve yüzeyin aşırı erimesidir ve lazerle yeniden eritilen tabakanın yüzeyin yeniden eritilmesine ve yeniden katılaştırılmasına dayanır. Metal yüzey yeterince yüksek enerjili bir lazerle ışınlandığında, yüzeyi belirli bir derecede yeniden eritme ve yeniden dağıtıma uğrar ve yüzey çekme gerilimi ve yerçekiminin etkisiyle katılaşmadan önce pürüzsüz bir yüzey elde edilir.
Erimiş tabakanın tüm kalınlığı, çukurdan tepeye kadar olan yükseklikten daha azdır, böylece tüm erimiş metal yakındaki çukura dolar. Bu dolum için itici güç kılcal etki yoluyla elde edilirken, daha kalın tabaka sıvı metalin erimiş havuzun merkezinden dışarı doğru akmasına neden olur. İtici güç termal kılcal etki veya Marconi etkisidir, böylece yeniden dağıtılabilir.
Shuici Büyük
Uygulama örnekleri arasında, ışık ve büyük teleskopların (özellikle büyük boyutlu ve karmaşık şekilli reflektörler) optik bileşenleri olarak kullanılan silisyum karbür seramikleri yer alır. RB-SiC, tipik olarak yüksek sertlikte, karmaşık fazlı bir malzemedir ve yüzey hassas parlatma teknolojisi zor ve verimsizdir. Si tozuyla önceden kaplanmış RB-SiC'nin yüzeyi femtosaniye lazerle modifiye edilir. Sadece 4,5 saatlik parlatmadan sonra, 4,45 nm yüzey pürüzlülüğü Sq olan bir optik yüzey elde edilebilir. Doğrudan taşlama ve parlatma ile karşılaştırıldığında, parlatma verimliliği 3 kattan fazla artar. Lazer parlatma, kalıpların, kamların ve türbin kanatlarının parlatılmasında da yaygın olarak kullanılır.
07. Lazer atışlı peening
Lazer şok güçlendirme, lazer atışlı peening olarak da bilinir, metal parçaların yüzeyini yüksek enerji yoğunluklu, yüksek odaklı, kısa darbeli lazerle (λ=1053nm) ışınlamaktır. Yüzey metali (veya emilim tabakası) yüksek güç yoğunluklu lazerin etkisi altında anında bir plazma patlaması oluşturur. Patlama şok dalgası, kısıtlama tabakasının kısıtlaması altında metal parçanın içine iletilir, yüzey tanelerinin basınçlı plastik deformasyon üretmesine ve parçanın yüzeyinin daha kalın aralığında artık basınç gerilimi, tane incelmesi ve diğer yüzey güçlendirme etkileri elde edilmesine neden olur. Geleneksel mekanik atışlı peening ile karşılaştırıldığında, aşağıdaki avantajlara sahiptir:
1. Güçlü yönlülük: Lazer, yüksek enerji dönüşüm verimliliğiyle metal yüzeye kontrol edilebilir bir açıyla etki ederken, mekanik mermi çarpma açısı rastgeledir:
2. Büyük kuvvet: Lazer atışlı dövme plazma püskürtme ile üretilen anlık basınç birkaç GPa kadar yüksektir: Yüksek güç yoğunluğu: Lazer darbesinin tepe güç yoğunluğu birkaç ila onlarca GW//cm2'ye ulaşır:
3. İyi yüzey bütünlüğü: Lazer darbesinin yüzey üzerinde neredeyse hiç püskürtme etkisi yoktur, mekanik bilyalı püskürtmeden sonra ise yüzey morfolojisi zarar görür ve gerilim yoğunlaşması meydana gelir.
Lazer darbesinden sonra maksimum basınç gerilimi değeri daha iyidir ve yüzey artık basınç gerilimi yaklaşık %40~%50 oranında artar, bu da yorulma ömrü, yüksek sıcaklık direnci ve iş parçasının bükülme şekillendirmesi gibi ilgili göstergelerin değerlerini önemli ölçüde iyileştirir. Uçak yüzey işleme ve uçak motoru yüzey işleme alanlarında uygulanmıştır.
