Quais são as tecnologias de tratamento de superfície a laser além da limpeza a laser?

A tecnologia laser é conhecida há muito tempo por seu uso extensivo em soldagem, corte e marcação. Nos últimos dois anos, com a popularização gradual da limpeza a laser, o conceito de tratamento de superfície a laser tem se tornado cada vez mais o foco das atenções e aparece na mente das pessoas. O laser é processado sem contato, com alta flexibilidade, alta velocidade, sem ruído, pequeno material de base não destrutivo na zona afetada pelo calor, sem consumíveis e proteção ambiental e baixo carbono.

Além da limpeza a laser, existem muitas categorias de aplicação, como polimento a laser, revestimento a laser, endurecimento a laser e assim por diante. Esses métodos são usados ​​para alterar as propriedades físicas e químicas específicas da superfície do material, como fazer com que a superfície tenha uma função hidrofóbica ou usar pulsos de laser para criar pequenas depressões com diâmetro de cerca de 10 mícrons e profundidade de apenas um poucos mícrons, a fim de aumentar a rugosidade, melhorar a adesão superficial e assim por diante.

Além da limpeza a laser, você conhece os seguintes métodos de tratamento de superfície a laser?

A têmpera a laser é uma das soluções para usinagem de peças complexas com altas tensões. Pode aumentar a tensão de peças com alto desgaste, como árvores de cames e ferramentas de dobra, e prolongar a vida útil das peças.

Seu princípio é reorganizar os átomos de carbono na estrutura metálica aquecendo a pele da peça contendo carbono a uma temperatura de fusão ligeiramente mais baixa (900-1400 grau, 40% da potência de irradiação é absorvida) , e então o feixe de laser estabiliza a superfície de aquecimento ao longo da direção de alimentação, e o material circundante esfria rapidamente à medida que o feixe de laser se move. A estrutura metálica não pode ser restaurada à sua forma original, resultando em martensita, o que aumenta significativamente a dureza. A profundidade de endurecimento da camada externa do aço carbono obtida pelo endurecimento a laser é geralmente de 0,1-1,5 mm, e 2,5 mm ou mais podem ser alcançados em alguns materiais. Comparado com o método de têmpera tradicional, suas vantagens são: 1. A entrada de calor alvo é limitada à área local, de modo que quase não há deformação dos componentes durante o processamento. Os custos de retrabalho podem ser reduzidos ou até mesmo eliminados completamente; 2. Também pode ser endurecido em superfícies geométricas complexas e peças de precisão, que podem realizar o endurecimento preciso de superfícies funcionais localmente limitadas que não podem ser temperadas por métodos tradicionais de têmpera; 3. Sem distorção. O processo de endurecimento tradicional produz deformação devido ao maior consumo de energia e têmpera, mas no processo de endurecimento a laser, o aporte de calor pode ser controlado com precisão graças à tecnologia laser e ao controle de temperatura. Os componentes permanecem quase no seu estado original; 4. A geometria de dureza do componente pode ser alterada “on the fly”. Isso significa que não há necessidade de converter a óptica/sistema inteiro.

O revestimento a laser é um dos métodos tecnológicos para modificação superficial de materiais metálicos. Durante o processo de estruturação, os lasers criam geometrias dispostas regularmente em camadas ou substratos, a fim de alterar propriedades técnicas e desenvolver novas funções de maneira direcionada. O processo de ação consiste basicamente no uso de radiação laser (geralmente pulsos curtos de luz laser) para gerar formas geométricas dispostas regularmente em uma superfície de maneira repetível. O feixe de laser derrete o material de maneira controlada e solidifica em uma estrutura definida através do gerenciamento adequado do processo.

Por exemplo, estruturas superficiais hidrofóbicas permitem que a água escorra da superfície. Esta propriedade pode ser alcançada através da criação de estruturas submicrométricas na superfície com lasers pulsados ​​ultracurtos, e as estruturas a serem criadas podem ser controladas com precisão alterando os parâmetros do laser. Efeitos opostos, como superfícies hidrofílicas, também podem ser alcançados.

O laser de gota d'água melhora a rugosidade da superfície por meio de tecnologia relacionada.

Para pintar o painel do automóvel, a superfície da folha deve ser distribuída uniformemente "micro poços" para aumentar a adesão da tinta, e o feixe de laser pulsado focalizando milhares a dezenas de milhares de vezes por segundo incide na superfície do rolo, formando uma pequena poça de fusão na superfície do rolo no ponto focal, e soprar a pequena poça de fusão lateralmente, de modo que o derretimento na poça de fusão seja depositado na borda da poça de fusão o máximo possível para formar um arco circular convexo de acordo com os requisitos especificados. Essas pequenas saliências e micro-perfurações podem não apenas melhorar a rugosidade da superfície do material, aumentar a adesão da tinta, mas também melhorar a dureza superficial do material e prolongar a vida útil. Certas propriedades são geradas pela estrutura do laser, como as propriedades de fricção de alguns materiais metálicos ou a condutividade elétrica e térmica. Além disso, a estruturação a laser também aumenta a resistência de ligação e a vida útil da peça.

Em comparação com os métodos tradicionais, a estruturação a laser de superfície é mais ecológica e não requer agentes de jato de areia ou produtos químicos adicionais. Repetível e preciso, o laser atinge estruturas controladas até o mícron e é muito fácil de replicar.

Repetível e preciso, o laser atinge estruturas controladas até o mícron e é muito fácil de replicar. Baixa manutenção, o laser não tem contato em comparação com ferramentas mecânicas de desgaste rápido, portanto não há absolutamente nenhum desgaste. Nenhum pós-tratamento é necessário e nenhum derretimento ou outros resíduos de processamento são deixados nas peças processadas a laser.

O revenimento a laser é comumente usado no tratamento de superfície de coloração a laser, também conhecido como marcação de cores a laser. O princípio do processo é que quando o laser aquece o material, o metal é aquecido localmente até um pouco abaixo do seu ponto de fusão, e a estrutura da porta mudará sob os parâmetros apropriados do processo. Na superfície da peça de trabalho formará uma camada de óxido, esta camada de filme sob a irradiação de luz, a interferência da luz incidente faz com que uma variedade de cores temperadas apareçam neste momento, a superfície gerada por esta camada de camada de marcação de cor mágica, com o O ângulo de observação muda, o padrão marcado também mudará em uma variedade de cores diferentes.

Estas cores mantêm uma temperatura estável até cerca de 200 graus. A temperaturas mais elevadas, a grelha regressa ao seu estado inicial - a marcação desaparece. A qualidade da superfície permanecerá intacta. Possui alto grau de segurança e rastreabilidade na aplicação de antifalsificação. Nos últimos anos, amadureceu no campo da tecnologia médica e, além da nova marcação preta através de lasers de pulso ultracurto, também é muito adequado para identificação de produtos, alcançando assim uma rastreabilidade única de acordo com a Diretiva UDI.

É um processo de fabricação aditiva adequado para materiais mistos de metal e cermet. Isso permite criar ou modificar geometrias 3D. Usando este método de produção, o laser também pode ser reparado ou revestido. Assim, na indústria aeroespacial, a fabricação aditiva está sendo usada para reparar pás de turbinas. No campo da fabricação de ferramentas e matrizes, bordas e superfícies funcionais rachadas ou desgastadas podem ser reparadas ou até mesmo parcialmente blindadas. Para evitar desgaste e corrosão, no campo da tecnologia energética ou petroquímica, revestir posições de rolamentos, rolos ou componentes hidráulicos. A manufatura aditiva também é usada na fabricação automotiva. Um grande número de componentes é modificado aqui. No revestimento metálico a laser convencional, o feixe de laser primeiro aquece a peça localmente e depois forma uma poça de fusão. O pó metálico fino é então pulverizado diretamente na poça fundida a partir do bico do cabeçote de usinagem a laser. No processo de revestimento metálico a laser de alta velocidade, as partículas de pó são aquecidas quase até a temperatura de fusão acima da superfície de base. Assim, é necessário menos tempo para fundir as partículas de pó. Efeito: Melhora significativamente a velocidade do processo. Devido ao menor efeito térmico, também é possível revestir materiais muito sensíveis ao calor, como alumínio e ligas de ferro fundido, com revestimento metálico a laser de alta velocidade. Com o processo HS-LMD, taxas superficiais muito altas podem ser formadas em superfícies rotacionalmente simétricas, até 1.500 cm²/min. Ao mesmo tempo, são alcançadas velocidades de alimentação de até centenas de metros por minuto. Repare peças ou moldes caros de forma rápida e fácil com revestimento de metal a laser em pó. Lesões grandes e pequenas podem ser reparadas rapidamente e quase sem deixar vestígios. Você também pode alterar o design. Isso economiza tempo, energia e materiais. Especialmente para metais caros como níquel ou titânio, vale a pena. Exemplos típicos de aplicações são pás de turbinas, vários pistões, válvulas, eixos ou matrizes.

Milhares de microlasers (VCsels) são montados em um único chip. Cada transmissor é equipado com 56 desses chips e um módulo é composto por vários transmissores. A área radiante retangular pode conter milhões de microlasers e produzir vários quilowatts de potência do laser infravermelho. O VCSEL gera um feixe infravermelho próximo com intensidade de radiação de 100 W/cm² através de uma grande área de seção transversal de feixe retangular direcional. Em princípio, esta tecnologia é adequada para todos os processos industriais onde é necessário um controle preciso da superfície e da temperatura. O módulo de tratamento térmico a laser é particularmente adequado para aplicações de aquecimento de grandes áreas flexíveis e de alta precisão. Comparado aos métodos de aquecimento tradicionais, este novo processo de aquecimento oferece maior flexibilidade, precisão e economia de custos.

A tecnologia pode ser usada para selar baterias ensacadas para evitar enrugamento da folha de alumínio, prolongando assim a vida útil da bateria. Também pode ser usado para secar folhas de alumínio de células, painéis solares fotoinfiltrantes e tratar com precisão áreas a serem aquecidas em materiais específicos, como aço e pastilhas de silício.

O mecanismo da tecnologia de polimento a laser é a fusão estreita da superfície e a sobrefusão da superfície, contando com a refusão da superfície e a resolidificação da camada de refusão a laser. Quando a superfície metálica é irradiada por um laser de energia suficientemente alta, a superfície sofre um certo grau de refusão, redistribuição e, através da ação da tensão de tração superficial e da gravidade, uma superfície lisa é alcançada antes da solidificação. Toda a espessura da camada fundida é menor que a altura da calha até o pico da onda, de modo que todo o metal fundido é preenchido na calha próxima, a força motriz desse enchimento é alcançada pelo efeito capilar, e o uma camada de fusão mais espessa incentivará o metal líquido a fluir para fora do centro da poça de fusão. A força motriz é o efeito capilar térmico ou efeito Marconi, que o redistribui.

Casos de aplicação, como componentes ópticos de grandes telescópios leves (especialmente espelhos de tamanho grande e formato complexo) do material cerâmica de carboneto de silício. O RB-SiC, como um material típico de alta dureza e multifásico, possui uma difícil tecnologia de polimento de precisão de superfície e baixa eficiência. Ao modificar a superfície RB-SiC pré-revestida com pó de Si por laser de femtosegundo, a superfície óptica com rugosidade superficial Sq de 4,45 nm pode ser obtida após apenas 4,5 horas de polimento, e a eficiência de polimento é mais de 3 vezes maior do que isso de polimento de moagem direta. O polimento a laser também é amplamente utilizado no polimento de matrizes, CAM e lâminas de turbina.

O fortalecimento do choque a laser, também conhecido como peening a laser, consiste em irradiar a superfície de peças metálicas com alta densidade de energia, alto foco, laser de pulso curto (λ=1053nm) e o metal da superfície (ou camada de absorção) instantaneamente forma uma explosão de plasma sob a ação do laser de alta densidade de potência, e a onda de choque da explosão é transmitida para o interior das peças metálicas sob a camada de restrição, de modo que o grão da superfície produz deformação plástica compressiva. Efeitos de reforço de superfície, como tensão de compressão residual e refinamento de grão, são obtidos na superfície mais espessa das peças. Comparado com o jateamento mecânico tradicional tem as seguintes vantagens:

1. Orientação forte: o laser atua na superfície do metal em um ângulo controlável e a eficiência de conversão de energia é alta, enquanto o ângulo de impacto do projétil mecânico é aleatório.

2. Grande força: a pressão instantânea gerada pelo plasma de jateamento a laser é tão alta quanto vários GPa; Alta densidade de potência: a densidade de potência máxima do choque a laser atinge dezenas de GW/cm2.

3. Boa integridade da superfície: o choque do laser quase não tem efeito de pulverização catódica na superfície e, após o shot peening mecânico, a topografia da superfície é danificada e a concentração de tensão é gerada. O valor máximo da tensão de compressão após o choque a laser é melhor. A tensão de compressão residual da superfície é aumentada em cerca de 40% ~ 50%, e a vida à fadiga, a resistência a altas temperaturas e a formação de flexão da peça de trabalho são significativamente melhoradas. Atualmente, tem sido utilizado no tratamento de superfícies de aeronaves, tratamento de superfícies de motores de aeronaves e outros campos.

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