עשרה יישומים של טכנולוגיית לייזר בטיפול פני השטח

טיפול משטחי לייזר היא טכנולוגיה המשתמשת בקרן לייזר בצפיפות הספק גבוהה כדי לחמם את משטח החומר בצורה ללא מגע, ומממשת את שינוי פני השטח שלו באמצעות קירור מוליך של משטח החומר עצמו.זה מועיל לשפר את המאפיינים המכניים והפיזיקליים של משטח החומר, כמו גם את עמידות הבלאי, עמידות בפני קורוזיה והתנגדות עייפות של החלקים.בשנים האחרונות, טכנולוגיות טיפול משטחי לייזר כגון ניקוי לייזר, כיבוי לייזר, סגסוגת לייזר, חיזוק זעזועים בלייזר וחישול לייזר, כמו גם חיפוי לייזר, הדפסת תלת מימד בלייזר, ציפוי לייזר וטכנולוגיות ייצור תוספים לייזר אחרות הובילו לאפשרויות יישום רחבות. .

1. ניקוי בלייזר

ניקוי בלייזר הוא טכנולוגיית ניקוי משטחים חדשה המתפתחת במהירות, המשתמשת בקרן לייזר בדופק אנרגיה גבוה כדי להקרין את פני השטח של חומר העבודה, כך שהלכלוך, החלקיקים או הציפוי על פני השטח יכולים להתאדות או להתרחב באופן מיידי, ובכך להשיג את תהליך הניקוי. וטיהור.ניקוי בלייזר מתחלק בעיקר להסרת חלודה, הסרת שמן, הסרת צבע, הסרת ציפוי ותהליכים נוספים;הוא משמש בעיקר לניקוי מתכות, ניקוי שרידי תרבות, ניקוי ארכיטקטורה וכו'. בהתבסס על הפונקציות המקיפות שלו, עיבוד מדויק וגמיש, יעילות גבוהה וחיסכון באנרגיה, הגנת סביבה ירוקה, ללא פגיעה במצע, אינטליגנציה, איכות ניקוי טובה, בטיחות, יישום רחב ומאפיינים ויתרונות אחרים, הוא הפך יותר ויותר פופולרי בתחומי תעשייה שונים.

בהשוואה לשיטות ניקוי מסורתיות כמו ניקוי חיכוך מכני, ניקוי קורוזיה כימי, ניקוי מוצק נוזלי חזק, ניקוי קולי בתדירות גבוהה, לניקוי לייזר יש יתרונות ברורים.

2. מרווה בלייזר

מרווה בלייזר משתמש בלייזר בעל אנרגיה גבוהה כמקור החום כדי להפוך את משטח המתכת לחום וקר במהירות.תהליך ההמרה הושלם באופן מיידי כדי להשיג קשיות גבוהה ומבנה מרטנזיט עדין במיוחד, לשפר את הקשיות ועמידות הבלאי של משטח המתכת וליצור לחץ לחיצה על פני השטח כדי לשפר את עמידות העייפות.יתרונות הליבה של תהליך זה כוללים אזור מושפע חום קטן, דפורמציה קטנה, רמה גבוהה של אוטומציה, גמישות טובה של כיבוי סלקטיבי, קשיות גבוהה של דגנים מזוקקים והגנה על סביבה חכמה.לדוגמה, נקודת הלייזר יכולה להיות מותאמת כדי להרוות כל מיקום רוחב;שנית, ראש הלייזר וחיבור הרובוט הרב צירי יכולים לכבות את האזור המיועד של חלקים מורכבים.לדוגמא נוספת, כיבוי הלייזר הוא חם ומהיר במיוחד, ולחץ ההמרה והעיוות קטנים.כמעט ניתן להתעלם מהדפורמציה של חומר העבודה לפני ואחרי כיבוי הלייזר, ולכן הוא מתאים במיוחד לטיפול פני השטח של חלקים בעלי דרישות דיוק גבוהות.

נכון לעכשיו, מרווה לייזר יושמה בהצלחה לחיזוק פני השטח של חלקים פגיעים בתעשיית הרכב, תעשיית התבניות, תעשיית כלי החומרה והמכונות, במיוחד בשיפור חיי השירות של חלקים פגיעים כגון גלגלי שיניים, משטחי פיר, מובילים, לסתות ומכונות. תבניות.המאפיינים של כיבוי לייזר הם כדלקמן:

(1) כיבוי בלייזר הוא תהליך חימום מהיר וקירור מעורר עצמי, שאינו דורש שימור חום בתנור וריבוי נוזל קירור.זהו תהליך טיפול בחום נקי מזיהום, ירוק וידידותי לסביבה, והוא יכול בקלות ליישם כיבוי אחיד על פני השטח של תבניות גדולות;

(2) מכיוון שמהירות חימום הלייזר מהירה, האזור המושפע מהחום קטן, ומרווה החימום בסריקת פני השטח, כלומר, כיבוי חימום מקומי מיידי, העיוות של התבנית המטופלת קטן מאוד;

(3) בשל זווית ההסתייגות הקטנה של קרן הלייזר, יש לה כיווניות טובה, והיא יכולה לכבות במדויק את משטח התבנית דרך מערכת מנחה האור;

(4) עומק השכבה המוקשה של כיבוי משטח הלייזר הוא בדרך כלל 0.3-1.5 מ"מ.

3. חישול בלייזר

חישול בלייזר הוא תהליך טיפול בחום המשתמש בלייזר כדי לחמם את פני החומר, לחשוף את החומר לטמפרטורה גבוהה במשך זמן רב, ולאחר מכן לקרר אותו באיטיות.המטרה העיקרית של תהליך זה היא לשחרר מתח, להגביר את המשיכות והקשיחות של החומר, ולייצר מבנה מיקרו מיוחד.הוא מאופיין ביכולת להתאים את מבנה המטריצה, להפחית קשיות, לעדן גרגירים ולבטל מתח פנימי.בשנים האחרונות, טכנולוגיית חישול הלייזר הפכה גם לתהליך חדש בתעשיית עיבוד המוליכים למחצה, שיכול לשפר מאוד את האינטגרציה של מעגלים משולבים.

4. חיזוק זעזועים בלייזר

טכנולוגיית חיזוק זעזועים בלייזר היא טכנולוגיה חדשה וגבוהה המשתמשת בגל ההלם הפלזמה הנוצר מקרן לייזר חזקה כדי לשפר את האנטי עייפות, עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קורוזיה של חומרי מתכת.יש לו יתרונות בולטים רבים, כגון אזור לא מושפע חום, יעילות אנרגטית גבוהה, קצב מתח גבוה במיוחד, יכולת שליטה חזקה ואפקט חיזוק יוצא דופן.יחד עם זאת, לחיזוק זעזועים בלייזר יש מאפיינים של לחץ לחיצה שיורי עמוק יותר, מבנה מיקרו ושלמות פני השטח טובים יותר, יציבות תרמית טובה יותר וחיים ארוכים יותר.בשנים האחרונות זכתה טכנולוגיה זו להתפתחות מהירה, ויש לה תפקיד גדול בתחום התעופה והחלל, ההגנה הלאומית והתעשייה הצבאית ובתחומים נוספים.בנוסף, הציפוי משמש בעיקר להגנה על חומר העבודה מפני כוויות לייזר ולשיפור ספיגת אנרגיית הלייזר.כיום, חומרי הציפוי הנפוצים הם צבע שחור ורדיד אלומיניום.

הצפה בלייזר (LP), הידוע גם בשם השפעת הלם בלייזר (LSP), הוא תהליך המיושם בתחום הנדסת פני השטח, כלומר, השימוש בקרני לייזר בעלות הספק גבוה ליצירת מתחים שיוריים בחומרים לשיפור עמידות הבלאי. (כגון עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני עייפות) של משטחי חומר, או כדי לשפר את החוזק של חלקים דקים של חומרים כדי לשפר את קשיות פני השטח של חומרים.

בניגוד לרוב יישומי עיבוד החומרים, LSP אינו משתמש בכוח לייזר לטיפול בחום כדי להשיג את האפקט הרצוי, אלא משתמש בהשפעת קרן לעיבוד מכני.קרן לייזר בהספק גבוה משמשת להשפעה על פני השטח של חומר המטרה עם דופק קצר בהספק גבוה.

אלומת האור פוגעת בחומר המתכת, מאדה את חומר העבודה למצב פלזמה דקה באופן מיידי, ומפעילה לחץ של גלי הלם על חומר העבודה.לעיתים מתווספת לחומר העבודה שכבה דקה של חומר חיפוי אטום כדי להחליף את אידוי המתכת.כדי להפעיל לחץ, חומרי חיפוי שקופים אחרים או שכבות הפרעות אינרציאליות משמשים ללכידת פלזמה (בדרך כלל מים).

פלזמה מייצרת אפקט של גלי הלם, מעצבת מחדש את המיקרו-מבנה של חומר העבודה בנקודת הפגיעה, ולאחר מכן יוצרת תגובת שרשרת של התפשטות ודחיסה של מתכת.מתח הלחיצה העמוק שנוצר על ידי תגובה זו יכול להאריך את חיי הרכיב.

5. סגסוגת לייזר

סגסוגת לייזר היא טכנולוגיה חדשה לשינוי פני השטח, שניתן להשתמש בה להכנת ציפויים מרוכבים סרמט מחוזק ננו-גבישי אמורפי על פני השטח של חלקי מבנה בהתאם לתנאי שירות שונים של חומרי תעופה והמאפיינים של חימום קרן לייזר בצפיפות אנרגיה גבוהה וקצב עיבוי, כך באשר להשגת המטרה של שינוי פני השטח של חומרי תעופה.בהשוואה לטכנולוגיית סגסוגת לייזר, לטכנולוגיית חיפוי לייזר יש את המאפיינים של יחס דילול קטן של המצע לבריכה מותכת, אזור מושפע חום קטן, דפורמציה תרמית קטנה של חלק העבודה ושיעור גרוטאות קטן של חלק העבודה לאחר טיפול בחיפוי לייזר.חיפוי לייזר יכול לשפר משמעותית את תכונות פני השטח של חומרים, ולתקן חומרים בלויים.יש לו את המאפיינים של יעילות גבוהה, מהירות מהירה, הגנה על סביבה ירוקה וללא זיהום, וביצועים טובים של חומר העבודה לאחר הטיפול.

6. חיפוי לייזר

טכנולוגיית חיפוי הלייזר היא גם אחת מהטכנולוגיות החדשות לשינוי פני השטח המייצגות את כיוון הפיתוח ורמת הנדסת פני השטח.טכנולוגיית חיפוי הלייזר הפכה למוקד מחקר בשינוי פני השטח של סגסוגות טיטניום בשל יתרונותיה של שילוב נטול זיהום ומטלורגי בין הציפוי למצע.ציפוי קרמי חיפוי לייזר או ציפוי מרוכב מחוזק חלקיקים קרמיים הם דרך יעילה לשפר את עמידות הבלאי של סגסוגת טיטניום.על פי תנאי העבודה בפועל, בחר את מערכת החומר המתאימה, וטכנולוגיית חיפוי הלייזר יכולה להשיג את דרישות התהליך הטובות ביותר.טכנולוגיית חיפוי לייזר יכולה לתקן חלקים שונים כושלים, כגון להבי מנוע אוויר.

ההבדל בין סגסוגת משטח לייזר לחיפוי משטח לייזר הוא שסגסוגת משטח לייזר היא ערבוב מלא של רכיבי הסגסוגת שנוספו ושכבת פני השטח של המצע במצב נוזלי ליצירת שכבת סגסוגת;חיפוי משטח בלייזר הוא להמיס את כל הציפוי המקדים ולהמיס את משטח התשתית במיקרו, כך ששכבת החיפוי וחומר התשתית יוצרים שילוב מתכתי וישאירו את הרכב שכבת החיפוי ללא שינוי בעצם.סגסוגת לייזר וטכנולוגיית חיפוי לייזר משמשות בעיקר לשיפור עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה ועמידות לדירוג של סגסוגות טיטניום.

כיום, נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיית חיפוי לייזר בתיקון ושינוי של משטחי מתכת.עם זאת, למרות לחיפוי לייזר מסורתי יש יתרונות ומאפיינים של עיבוד גמיש, תיקון בצורת צורה מיוחדת, תוסף מוגדר על ידי משתמש וכו', יעילות העבודה שלו נמוכה, והוא עדיין לא יכול לעמוד בדרישות של ייצור ועיבוד מהיר בקנה מידה גדול בקנה מידה גדול. כמה שדות ייצור.על מנת לענות על צורכי הייצור ההמוני ולשפר את יעילות החיפוי, נוצרה טכנולוגיית חיפוי לייזר במהירות גבוהה.

טכנולוגיית חיפוי לייזר במהירות גבוהה יכולה לממש שכבת חיפוי קומפקטית וללא פגמים.איכות פני השטח של שכבת החיפוי קומפקטית, מליטה מתכתית עם המצע, ללא פגמים פתוחים והמשטח חלק.ניתן לעבד אותו לא רק על הגוף המסתובב, אלא גם על המטוס והמשטח המורכב.באמצעות אופטימיזציה טכנית מתמשכת, טכנולוגיה זו יכולה להיות בשימוש נרחב בפחם, מתכות, פלטפורמות ימיות, ייצור נייר, מכשירי חשמל אזרחיים, רכבים, ספינות, נפט, תעשיות תעופה וחלל, ולהפוך לתהליך ייצור מחדש ירוק שיכול להחליף את טכנולוגיית הציפוי המסורתית.

7. חריטה בלייזר

חריטה בלייזר היא תהליך עיבוד בלייזר המשתמש בטכנולוגיית CNC כדי להקרין קרן לייזר באנרגיה גבוהה על פני החומר, ומשתמש באפקט התרמי שנוצר בלייזר כדי לייצר דפוסים ברורים על פני החומר.הדנטורציה הפיזית של התכה וגיזוז של חומרי עיבוד תחת הקרנה של חריטת לייזר יכולה לאפשר חריטה בלייזר להשגת מטרות עיבוד.חריטה בלייזר היא שימוש בלייזר כדי לחרוט מילים על חפץ.למילים המגולפות בטכנולוגיה זו אין חריצים, פני האובייקט חלקים ושטוחים, וכתב היד לא יישחק.התכונות והיתרונות שלו כוללים: בטוח ואמין;מדויק ומוקפד, הדיוק יכול להגיע ל-0.02 מ"מ;חסוך בהגנה על הסביבה ובחומרים במהלך העיבוד;חריטה במהירות גבוהה, במהירות גבוהה לפי שרטוטי הפלט;עלות נמוכה, לא מוגבלת בכמות עיבוד וכו'.

8. הדפסת תלת מימד בלייזר

התהליך מאמץ טכנולוגיית חיפוי לייזר, המשתמשת בלייזר כדי להקרין את זרימת האבקה המועברת על ידי הזרבובית כדי להמיס ישירות את החומר הפשוט או אבקת הסגסוגת.לאחר שקרן הלייזר עוזבת, נוזל הסגסוגת מתמצק במהירות כדי לממש את אב הטיפוס המהיר של הסגסוגת.כיום, נעשה בו שימוש נרחב בדוגמנות תעשייתית, ייצור מכונות, תעופה וחלל, צבא, אדריכלות, קולנוע וטלוויזיה, מכשירי חשמל ביתיים, תעשייה קלה, רפואה, ארכיאולוגיה, תרבות ואמנות, פיסול, תכשיטים ותחומים אחרים.

9. יישומים תעשייתיים אופייניים של טיפול משטח לייזר וייצור מחדש

כיום, טכנולוגיות, תהליכים וציוד של טיפול משטח לייזר וייצור תוסף נמצאים בשימוש נרחב במטלורגיה, מכונות כרייה, תבניות, כוח נפט, כלי חומרה, מעבר מסילות, תעופה וחלל, מכונות ותעשיות אחרות.

10. יישום טכנולוגיית ציפוי לייזר

ציפוי לייזר הוא טכנולוגיית ציפוי אלקטרוניקה חדשה בעלת אנרגיה גבוהה, בעלת משמעות רבה לייצור ותיקון של מכשירים מיקרואלקטרוניים ומעגלים משולבים בקנה מידה גדול.נכון לעכשיו, למרות שהעיקרון של ציפוי לייזר, אבלציה בלייזר, שקיעת לייזר פלזמה וסילון לייזר עדיין במחקר, הטכנולוגיות שלהם יושמו.כאשר לייזר מתמשך או לייזר דופק מקרינים את משטח הקתודה באמבט הציפוי, לא רק שניתן לשפר מאוד את קצב השקעת המתכת, אלא גם ניתן להשתמש במחשב כדי לשלוט במסלול של קרן הלייזר כדי להשיג את הציפוי הבלתי ממוגן של גיאומטריה מורכבת צפויה.

היישום של ציפוי לייזר בפועל מבוסס בעיקר על שני המאפיינים הבאים:

(1) המהירות באזור קרינת הלייזר גבוהה בהרבה ממהירות האלקטרוני בגוף (כפי 103);

(2) יכולת השליטה של ​​הלייזר היא חזקה, מה שיכול לגרום לחלק הדרוש של החומר לזרז את כמות המתכת הנדרשת.ציפוי רגיל מתרחש על כל מצע האלקטרודה, ומהירות הציפוי איטית, כך שקשה ליצור דפוסים מורכבים ועדינים.ציפוי לייזר יכול להתאים את קרן הלייזר לגודל מיקרומטר, ולבצע מעקב לא מסוכך בגודל מיקרומטר.עבור תכנון מעגלים, תיקון מעגלים ותצהיר מקומי על רכיבי מחברים מיקרואלקטרוניים, סוג זה של מיפוי במהירות גבוהה הופך ליותר ויותר מעשי.

בהשוואה לציפוי רגיל, היתרונות שלו הם:

(1) מהירות השקיעה מהירה, כגון ציפוי זהב בלייזר עד 1 מיקרומטר לשנייה, ציפוי נחושת בלייזר עד 10 מיקרומטר לשנייה, ציפוי זהב בלייזר עד 12 מיקרומטר לשנייה, ציפוי נחושת בלייזר עד 50 μ m/s;

(2) שקיעת מתכת מתרחשת רק באזור קרינת הלייזר, וניתן להשיג ציפוי שקיעה מקומי ללא אמצעי מיגון, ובכך לפשט את תהליך הייצור;

(3) הידבקות הציפוי השתפרה מאוד;

(4) קל למימוש שליטה אוטומטית;

(5) חסכו מתכות יקרות;

(6) חסכון בהשקעה וזמן עיבוד בציוד.

כאשר לייזר מתמשך או לייזר דחף מקרינים את משטח הקתודה באמבט האלקטרוני, לא רק שניתן לשפר מאוד את קצב השקעת המתכת, אלא גם המחשב יכול לשלוט במסלול התנועה של קרן הלייזר כדי להשיג את הציפוי הבלתי מסוכך עם המתחם הצפוי. גֵאוֹמֶטרִיָה.הטכנולוגיה החדשה הנוכחית של ציפוי אלקטרוני משופר בסילון לייזר משלבת את טכנולוגיית הציפוי המשופרת בלייזר עם ריסוס תמיסת הציפוי, כך שהלייזר ותמיסת הציפוי יכולים לירות בו זמנית אל משטח הקתודה, ומהירות העברת המסה מהירה בהרבה ממהירות העברת המסה. של המיקרו ערבוב שנגרם על ידי הקרנת לייזר, ובכך להשיג מהירות השקיעה גבוהה מאוד.

פיתוח וחדשנות עתידיים

בעתיד, ניתן לסכם את כיוון הפיתוח של טיפול משטחי לייזר וציוד לייצור תוסף באופן הבא:

· יעילות גבוהה - יעילות עיבוד גבוהה, העומדת בקצב הייצור המהיר של התעשייה המודרנית;

·ביצועים גבוהים – לציוד פונקציות מגוונות, ביצועים יציבים ומתאים לתנאי עבודה שונים;

· אינטליגנציה גבוהה - רמת האינטליגנציה משתפרת כל הזמן, עם פחות התערבות ידנית;

· עלות נמוכה - עלות הציוד ניתנת לשליטה, ועלות החומרים המתכלים מופחתת;

· התאמה אישית – התאמה אישית של ציוד, שירות מדוייק לאחר המכירה,

·ושילוב - שילוב טכנולוגיית לייזר עם טכנולוגיית עיבוד מסורתית.