Da tempo la tecnologia laser è nota per il suo ampio utilizzo nelle operazioni di saldatura, taglio e marcatura, ed è solo in questi due anni, con la progressiva diffusione della pulizia laser, che il concetto di trattamento laser delle superfici è diventato sempre più diffuso. al centro dell'attenzione ed è apparso nella mente delle persone. Lavorazione laser senza contatto, elevata flessibilità, alta velocità, assenza di rumore, piccola zona interessata dal calore senza danni al substrato, assenza di materiali di consumo e basso tenore di carbonio ambientale.
Trattamento superficiale al laserin realtà ha un numero molto elevato di categorie di applicazioni oltre alla pulizia laser, come lucidatura laser, rivestimento laser, tempra laser e così via. Questi metodi vengono utilizzati per modificare le proprietà fisico-chimiche specifiche della superficie del materiale, ad esempio per rendere la superficie lavorata in una funzione idrofobica, o gli impulsi laser per produrre un diametro di circa 10 micron, la profondità di solo pochi micron di piccole depressioni , come modo per aumentare la ruvidità, migliorare l'adesione della superficie e così via.
Inoltrepulizia laser, conosci le seguenti tipologie di trattamento superficiale laser?
Tempra laser
La tempra laser è una delle soluzioni per la lavorazione di componenti altamente sollecitati e complessi, consentendo sollecitazioni più elevate e maggiore durata per le parti ad elevata usura, come alberi a camme e utensili di piegatura.
Funziona riscaldando la pelle di un pezzo contenente carbonio a una temperatura leggermente inferiore alla temperatura di fusione (900 - 1400 gradi, viene assorbito il 40% della potenza irradiata), in modo che gli atomi di carbonio nel reticolo metallico vengano riorganizzati ( austenitizzazione), quindi il raggio laser riscalda costantemente la superficie nella direzione di avanzamento e il materiale attorno al raggio laser si raffredda così rapidamente mentre il raggio laser si muove che il reticolo metallico non è in grado di tornare alla sua forma originale, con conseguente martensite, che provoca una martensite e un aumento significativo della durezza.
La profondità di indurimento degli strati esterni dell'acciaio al carbonio ottenuta mediante tempra laser è generalmente di 0.1-1,5 mm e può essere pari o superiore a 2,5 mm in alcuni materiali. I vantaggi rispetto ai metodi di tempra convenzionali sono:
1. L'apporto di calore mirato è limitato a un'area localizzata, con conseguente assenza di deformazione del componente durante la lavorazione. I costi di rilavorazione vengono ridotti o addirittura eliminati del tutto;
2. indurimento anche su geometrie complesse e componenti di precisione, consentendo un indurimento preciso di superfici funzionali localmente limitate che non possono essere indurite con metodi di tempra convenzionali;
senza distorsioni. I processi di tempra convenzionali producono distorsioni a causa del maggiore apporto di energia e del raffreddamento, ma durante la tempra laser l'apporto di calore può essere controllato con precisione grazie alla tecnologia laser e al controllo della temperatura. Il componente rimane praticamente intatto;
La geometria della durezza del componente può essere modificata rapidamente e "al volo". Ciò significa che non è necessario convertire l'ottica/l'intero sistema.
Lmaggiore pelosità
La fresatura laser è uno degli strumenti di processo per la modifica superficiale dei materiali metallici. Nel processo di strutturazione, il laser crea geometrie disposte regolarmente in strati o substrati per modificare in modo mirato le proprietà tecniche e sviluppare nuove funzioni. Il processo prevede generalmente l'uso di radiazioni laser (solitamente brevi impulsi di luce laser) per generare geometrie disposte regolarmente su una superficie in modo riproducibile. Il raggio laser fonde il materiale in modo controllato e viene solidificato nella struttura definita mediante un'adeguata gestione del processo.
Ad esempio, le strutture superficiali idrofobiche consentono all'acqua di defluire dalla superficie. La creazione di strutture submicroniche su superfici con laser a impulsi ultracorti consente di realizzare questa proprietà e la struttura da creare può essere controllata con precisione variando i parametri del laser. Si può realizzare anche l'effetto opposto, ad esempio superfici idrofile.
Pannelli automobilistici da verniciare, è necessario distribuire uniformemente "micro-pit" sulla superficie della piastra sottile per migliorare l'adesione della vernice, con un raggio laser pulsato da migliaia a decine di migliaia di volte al secondo focalizzato sulla superficie del rullo incidente sul rullo, nel punto di focalizzazione sulla superficie del rullo per formare un piccolo pool solubile, allo stesso tempo sul lato del pool microsolubile che soffia, in modo che il pool solubile di materiale fuso secondo i requisiti specificati quanto possibile ammucchiarsi in piscina! Il bordo della formazione di linguette a forma di arco, queste piccole linguette e micro-pozzetti non solo possono migliorare la ruvidità della superficie del materiale per aumentare l'adesione della vernice, ma anche migliorare la durezza superficiale del materiale per prolungarne la durata.
Alcune proprietà sono generate dalla strutturazione laser, come le proprietà di attrito o la conduttività elettrica e termica di alcuni materiali metallici. Inoltre, la strutturazione laser aumenta la forza di adesione e la durata del pezzo.
Rispetto ai metodi tradizionali, la strutturazione laser delle superfici è più rispettosa dell'ambiente, poiché non richiede agenti di sabbiatura o prodotti chimici aggiuntivi; ripetibili e precisi, i laser consentono strutture controllate precise al micron e molto facili da replicare; bassa manutenzione, i laser sono senza contatto e quindi assolutamente esenti da usura rispetto agli strumenti meccanici a rapida usura; e non è necessaria alcuna post-elaborazione, poiché sulla parte lavorata al laser non rimangono fusioni o altri residui di lavorazione.
Finitura superficiale abbagliante laser
La tempra laser è comunemente utilizzata nel trattamento superficiale con abbagliamento laser, noto anche come marcatura laser a colori. Il principio del processo è che il materiale riscaldato dal laser, il riscaldamento locale del metallo leggermente al di sotto del suo punto di fusione, nei parametri di processo appropriati, in questo momento la struttura del cancello cambierà; sulla superficie del pezzo si formerà uno strato di ossido, questo strato di pellicola nell'irradiazione luminosa, l'interferenza della luce incidente in modo che una varietà di colori di rinvenimento in questo momento, la superficie dello strato generata da questo strato di strato di marcatura colorato, senza la necessità di modificare l'angolo di osservazione, il modello di marcatura verrà modificato in una varietà di colori diversi.
Questi colori rimangono stabili alla temperatura fino a ca. 200 gradi. A temperature più elevate la porta ritorna allo stato originale - la marcatura scompare. La qualità della superficie viene preservata intatta. Nelle applicazioni anticontraffazione si ottiene un elevato grado di sicurezza e tracciabilità. Oltre alla nuova marcatura nera con laser a impulsi ultracorti, che negli ultimi anni si è affermata nel campo della tecnologia medica, è ideale anche per la marcatura dei prodotti e quindi per la tracciabilità univoca secondo la direttiva UDI.
Fusione laser
È un processo di produzione additiva adatto a materiali ibridi metallici e metallo-ceramici. Con questo è possibile creare o modificare geometrie 3D. Utilizzando questo metodo di produzione, i laser possono essere utilizzati anche per riparazioni o rivestimenti. Pertanto, nel settore aerospaziale, la produzione additiva viene utilizzata per riparare le pale delle turbine.
Nella costruzione di utensili e stampi, i bordi incrinati o usurati e le superfici funzionali sagomate possono essere riparati o addirittura blindati localmente. Per prevenire l'usura e la corrosione, le posizioni dei cuscinetti, i rulli o i componenti idraulici sono rivestiti con tecnologia energetica o petrolchimica. La produzione additiva viene utilizzata anche nella produzione automobilistica. Qui vengono modificati numerosi componenti.
Nel rivestimento metallico laser convenzionale, il raggio laser riscalda prima localmente il pezzo e poi forma un bagno di fusione. Le polveri metalliche fini vengono quindi spruzzate dall'ugello della testa di lavorazione laser direttamente nel bagno di fusione. Durante la fusione laser del metallo ad alta velocità, le particelle di polvere sono già riscaldate quasi alla temperatura di fusione sopra la superficie del substrato. Di conseguenza, è necessario meno tempo per sciogliere le particelle di polvere.
L'effetto: un aumento significativo della velocità del processo. Grazie agli effetti termici minori, la fusione laser dei metalli ad alta velocità consente anche di rivestire materiali molto sensibili al calore, come le leghe di alluminio e le leghe di ghisa. Con il processo HS-LMD è possibile ottenere velocità superficiali elevate fino a 1500 cm²/min su superfici rotazionalmente simmetriche, mentre si possono realizzare velocità di avanzamento fino a diverse centinaia di metri al minuto.
Parti o stampi costosi possono essere riparati rapidamente e facilmente mediante rivestimento metallico laser a polvere. I danni, grandi o piccoli, possono essere riparati rapidamente e quasi senza lasciare segni. Sono possibili anche modifiche al design. Ciò consente di risparmiare tempo, energia e materiale. Soprattutto per metalli costosi come il nichel o il titanio, ne vale la pena. Tipici esempi di applicazione sono le pale di turbine, vari pistoni, valvole, alberi o stampi.
Trattamento termico laser
Migliaia di laser in miniatura (VCSEL) sono montati su un singolo chip. Ciascun emettitore è dotato di 56 chip di questo tipo, mentre un modulo è composto da diversi emettitori. L'area di radiazione rettangolare può contenere milioni di microlaser e può emettere diversi kilowatt di potenza laser a infrarossi.
I VCSEL generano raggi nel vicino infrarosso con un'intensità di radiazione di 100 W/cm² mediante un'ampia sezione trasversale rettangolare direzionale. In linea di principio, questa tecnologia è adatta a tutti i processi industriali che richiedono un controllo estremamente preciso della superficie e della temperatura.
I moduli di trattamento termico laser sono particolarmente adatti per applicazioni di riscaldamento di grandi superfici dove sono richieste precisione e flessibilità. Rispetto ai metodi di riscaldamento convenzionali, questo nuovo processo di riscaldamento offre un maggiore grado di flessibilità, precisione e risparmio sui costi.
La tecnologia può essere utilizzata per sigillare le celle imbustate per evitare che la pellicola si raggrinzisca, prolungando così la vita delle celle. Può essere utilizzato anche in applicazioni quali l'essiccazione di fogli di celle, la leggera impregnazione di pannelli solari e il trattamento preciso dell'area da riscaldare per materiali specifici come acciaio e wafer di silicio.
Lucidatura laser
Il meccanismo ditecnologia di lucidatura laserè la fusione superficiale stretta e la fusione superficie su superficie, che si basa sulla rifusione della superficie e sulla risolidificazione dello strato rifuso al laser. Quando una superficie metallica viene irradiata da un laser con energia sufficientemente elevata, la superficie subisce un certo grado di rifusione e ridistribuzione e si ottengono superfici lisce mediante sollecitazioni di trazione superficiale e gravità prima della solidificazione.
L'intero spessore dello strato di fusione è inferiore all'altezza dalla valle al picco, consentendo così all'intero metallo fuso di riempire le vasche vicine, la forza trainante per questo riempimento è l'effetto capillare, mentre uno strato di fusione più spesso induce il metallo liquido fluire verso l'esterno dal centro del bagno di fusione, la forza trainante per la ridistribuzione è l'effetto termo-capillare o effetto Marconi.
Esempi di applicazione come la ceramica al carburo di silicio, il materiale per componenti ottici di telescopi leggeri e di grandi dimensioni (in particolare specchi di grandi dimensioni e di forma complessa). RB-SiC, come un tipico materiale a fase complessa ad elevata durezza, ha una struttura difficile e inefficiente tecnica per la lucidatura di precisione delle superfici. Modificando la superficie di RB-SiC pre-rivestita con polvere di Si mediante laser a femtosecondi, è possibile ottenere una superficie ottica con rugosità superficiale Sq di 4,45 nm dopo sole 4,5 ore di lucidatura, il che migliora l'efficienza di lucidatura di oltre tre volte rispetto a levigatura e lucidatura diretta. La lucidatura laser trova largo impiego anche nella lucidatura di stampi, camme e pale di turbine.
Sabbiatura laser
La pallinatura a impatto laser, nota anche come sabbiatura laser, è un'irradiazione laser ad alta densità di energia, alta focalizzazione e a impulsi brevi (λ=1053nm) della superficie delle parti metalliche, del metallo superficiale (o dello strato di assorbimento) nel elevata densità di potenza del ruolo del laser nella formazione istantanea dell'esplosione del plasma, l'esplosione dell'onda d'urto nei vincoli sullo strato limite delle parti metalliche all'interno del trasferimento in modo che lo strato superficiale dei grani produca una deformazione plastica compressiva nella superficie strato delle parti in un intervallo più spesso. Ottenere stress compressivo residuo, affinamento del grano e altri effetti di rafforzamento della superficie. Rispetto alla tradizionale granigliatura meccanica presenta i seguenti vantaggi
1. Forte direzionalità: il laser agisce sulla superficie metallica con un angolo controllato, con elevata efficienza di conversione dell'energia, mentre l'angolo di impatto del proiettile meccanico è casuale;
2. Grande forza: scoppio di plasma a getto laser generato dalla pressione istantanea fino a diversi GPa; densità di potenza: la densità di potenza di picco dell'impatto laser raggiunge diverse decine di GW/cm2;
Buona integrità della superficie: l'impatto del laser sulla superficie non ha quasi alcun effetto sputtering e, dopo la pallinatura meccanica, la morfologia della superficie viene danneggiata producendo concentrazioni di stress.
L'impatto del laser dopo il valore massimo di sollecitazione di compressione è migliore, la sollecitazione di compressione residua superficiale è aumentata di circa il 40-50%, la durata a fatica del pezzo, la resistenza alle alte temperature e allo stampaggio a flessione e altri indicatori correlati di valore numerico sono stati significativamente migliorati . Attualmente è stato applicato nel campo del trattamento superficiale degli aeromobili, del trattamento superficiale dei motori aeronautici e così via.
