Teknologi perawatan permukaan laser resolusi dalam

Perawatan permukaan laser adalah teknologi yang mengubah sifat permukaan material dengan memanaskan, melelehkan, dan membekukan permukaan material melalui sinar laser. Ini dapat diproses di atmosfer, vakum, dan lingkungan lainnya, serta memiliki keunggulan pemrosesan non-kontak dan deformasi benda kerja yang minimal.

Menurut perbedaan tujuan perawatan permukaan, perawatan permukaan laser dapat dibagi menjadi perawatan modifikasi permukaan dan perawatan penghilangan. Diantaranya, perawatan modifikasi permukaan meliputi kaca laser, peleburan kembali laser, paduan laser, pelapisan laser, dll. Perawatan penghilangan terutama mengacu pada pembersihan laser.

Teknologi perawatan permukaan laser banyak digunakan di bidang otomotif, dirgantara, elektronik, permesinan, dan industri lainnya. Misalnya, dalam manufaktur otomotif, perawatan permukaan laser dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan aus dan korosi pada komponen mesin; Di sektor kedirgantaraan, perawatan permukaan laser dapat digunakan untuk meningkatkan sifat permukaan komponen pesawat terbang, meningkatkan umur kelelahan dan keandalannya.

Perawatan permukaan laser adalah metode yang menggunakan sinar laser untuk memanaskan benda kerja secara cepat dan lokal untuk mencapai pemanasan atau pendinginan lokal yang mendesak, sehingga dapat mengubah sifat permukaan material. Menurut perbedaan tujuan perawatan permukaan, perawatan permukaan laser dapat dibagi menjadi perawatan modifikasi permukaan dan perawatan penghilangan.

Perawatan modifikasi permukaan laser adalah untuk meningkatkan kinerja permukaan benda kerja melalui perubahan struktur organisasi material itu sendiri atau pengenalan material lain selama proses pemindaian laser, teknologi ini dapat merawat permukaan benda kerja secara selektif, yang kondusif untuk menjaga ketangguhan dan kekuatan benda kerja secara keseluruhan, dan permukaan untuk mendapatkan kinerja yang tinggi dan spesifik, seperti ketahanan aus, ketahanan korosi dan ketahanan lelah, ketahanan oksidasi. Teknik modifikasi permukaan laser yang umum meliputi kaca laser, peleburan kembali laser, paduan laser, dan pelapisan laser.

Perawatan penghilangan laser terutama mengacu pada pembersihan laser, yang menggunakan sinar laser untuk diserap oleh lapisan terkontaminasi pada permukaan yang akan dirawat, dan penyerapan energi besar membentuk plasma yang mengembang dengan cepat, menghasilkan gelombang kejut, di bawah aksi dari laser. gelombang kejut, polutan menjadi pecahan dan dihilangkan. Dibandingkan dengan metode pembersihan tradisional, pembersihan laser memiliki keunggulan non-kontak, efisiensi tinggi, mengurangi pencemaran lingkungan dan sebagainya.

Efek pengobatan teknologi perawatan permukaan laser terutama dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:

1. Parameter laser

• Kekuatan laser: Ukuran daya secara langsung mempengaruhi masukan energi, semakin tinggi daya, semakin kuat efek pemanasannya, yang dapat menyebabkan kedalaman pemrosesan yang lebih dalam dan perubahan jaringan yang lebih signifikan.
• Panjang gelombang laser: Kapasitas penyerapan dan penetrasi panjang gelombang laser yang berbeda pada material berbeda-beda, yang mempengaruhi efek pengobatan.
• Lebar dan frekuensi pulsa: Lebar pulsa pendek memungkinkan pemrosesan yang lebih halus, sementara frekuensi tinggi meningkatkan efisiensi pemrosesan.

2. Kecepatan pemindaian

Kecepatan pemindaian menentukan waktu kerja laser di setiap posisi, kecepatan yang terlalu cepat dapat menyebabkan pemrosesan yang tidak memadai, kecepatan yang terlalu lambat dapat menyebabkan pemanasan berlebihan dan perluasan zona yang terpengaruh panas.

3. Ukuran titik

Ukuran titik mempengaruhi konsentrasi distribusi energi, dan titik yang lebih kecil memungkinkan pemrosesan lokal lebih akurat.

4. Karakteristik bahan

• Komposisi bahan: Kandungan dan jenis elemen yang berbeda akan mempengaruhi penyerapan dan reaksi bahan terhadap laser.
• Keadaan struktur mikro asli, seperti ukuran butir dan komposisi fasa, akan mempengaruhi transisi fasa dan evolusi struktur mikro setelah pengolahan.

5. Lingkungan pengobatan

termasuk atmosfer (seperti vakum, gas inert, gas pengoksidasi, dll.) dan suhu, yang akan mempengaruhi oksidasi, nitridasi, dan reaksi kimia lainnya selama proses pengolahan.

6.Tingkat tumpang tindih

Dalam pemrosesan pemindaian ganda, tingkat tumpang tindih antara jalur pemindaian yang berdekatan akan mempengaruhi keseragaman dan kontinuitas pemrosesan.

7. Proses tambahan

seperti penambahan gas tiup dalam proses pengolahan, penerapan medan magnet atau medan listrik dan alat bantu lainnya, juga akan mempengaruhi efek pengobatan.

Berikut ini adalah beberapa cara untuk mengoptimalkan efek perawatan dari teknologi perawatan permukaan laser:

1. Kontrol parameter laser yang tepat

• Lakukan eksperimen dan simulasi ekstensif untuk menentukan parameter seperti daya laser optimal, panjang gelombang, lebar pulsa, frekuensi, dan kecepatan pemindaian untuk material tertentu dan persyaratan pemrosesan.
• Penggunaan peralatan laser canggih untuk penyesuaian dan stabilitas parameter yang lebih baik.

2. Optimalkan kualitas dan bentuk titik

• Penggunaan komponen optik berkualitas tinggi untuk memastikan keseragaman titik dan akurasi pemfokusan.
• Sesuai dengan persyaratan pemrosesan, pilih bentuk titik yang sesuai, seperti bentuk bulat, persegi panjang, atau bentuk spesifik lainnya.

3. Tingkatkan kebijakan pemindaian

• Gunakan perencanaan jalur pemindaian yang masuk akal, seperti pemindaian spiral, pemindaian paralel, dll., untuk mencapai efek pemrosesan yang seragam.
• Sesuaikan tingkat pengikatan untuk memastikan kontinuitas dan konsistensi di area pemrosesan.

4. Perlakuan awal bahan

• Bersihkan material, hilangkan lapisan oksida dan perlakuan awal lainnya, tingkatkan laju penyerapan laser pada permukaan material dan keseragaman perawatan.

5. Kontrol lingkungan pemrosesan

• Tergantung pada tujuan pengolahan, lingkungan atmosfer yang sesuai dipilih, seperti vakum, perlindungan gas inert, atau gas reaktif tertentu.
• Kontrol suhu selama proses pengolahan, baik dengan alat pendingin atau alat pemanasan awal.

6. Menggabungkan proses tambahan

• Pengenalan gas tiup, seperti nitrogen, argon, dll. membantu menghilangkan terak dan mengendalikan reaksi kimia.
• Menerapkan medan magnet atau listrik untuk mempengaruhi proses interaksi antara laser dan material.

7. Pemantauan dan umpan balik secara real-time

• Menggunakan teknologi pemantauan online, seperti pengukuran suhu inframerah, pencitraan optik, dll., pemantauan suhu, morfologi, dan parameter lainnya secara real-time dalam proses pemrosesan.
• Berdasarkan hasil pemantauan, sesuaikan parameter dan proses laser secara tepat waktu untuk mencapai kontrol loop tertutup.

8. Kombinasi multi-proses

• Gabungkan perawatan permukaan laser dengan teknologi perawatan permukaan lainnya, seperti pelapisan listrik, perlakuan panas kimia, dll., untuk memanfaatkan keunggulannya masing-masing dan mendapatkan kinerja yang lebih baik.

9. Pengembangan dan seleksi material

• Kembangkan dan pilih material baru dengan kemampuan beradaptasi pemrosesan laser yang baik, atau optimalkan komposisi dan struktur organisasi material yang ada.

10. Simulasi proses dan simulasi

• Gunakan simulasi komputer dan perangkat lunak simulasi untuk memprediksi dan mengoptimalkan proses perawatan permukaan laser, mengurangi jumlah eksperimen, dan mengurangi biaya.

Mengevaluasi efek pengobatan teknologi perawatan permukaan laser dapat dilakukan dari aspek-aspek berikut:

1. Morfologi dan kekasaran permukaan

• Gunakan mikroskop optik dan pemindaian mikroskop elektron (SEM) untuk mengamati morfologi mikroskopis permukaan untuk memeriksa apakah datar, apakah ada retakan, pori-pori dan cacat lainnya.
• Ukur kekasaran permukaan dengan alat pengukur kekasaran untuk mengevaluasi kehalusan permukaan yang dirawat.

2. Kekerasan dan kekuatan

• Menggunakan metode pengujian kekerasan, seperti kekerasan Rockwell, kekerasan Vickers, dll., untuk mengukur nilai kekerasan permukaan yang dirawat guna menentukan tingkat peningkatan kekerasan.
• Lakukan uji tarik, kompresi, dan sifat mekanik lainnya untuk mengevaluasi perubahan kekuatan material.

3. Ketahanan aus

• Uji keausan dilakukan dengan menggunakan mesin uji gesekan dan keausan untuk membandingkan ketahanan aus material sebelum dan sesudah perlakuan.

4. Tahan korosi

• Evaluasi ketahanan korosi bahan setelah perawatan permukaan melalui uji semprotan garam, uji korosi elektrokimia, dll.

5. Stres sisa

• Ukur distribusi tegangan sisa pada permukaan dan bagian dalam menggunakan teknik difraksi sinar-X, dll., untuk memahami pengaruh perlakuan terhadap keadaan tegangan material.

6. Kekuatan ikatan lapisan

• Untuk proses seperti pelapisan laser, kekuatan ikatan lapisan ke substrat diuji, misalnya dengan menggunakan laser. pengujian awal.

7. Analisis struktur mikro

• Menggunakan mikroskop metalografi, difraksi hamburan balik elektron (EBSD) dan cara lain untuk menganalisis struktur mikro setelah perlakuan, seperti ukuran butir, komposisi fasa, dan perubahan lainnya.

8. Komposisi kimia

• Gunakan analisis dispersif energi (EDS), spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dan metode lain untuk menentukan komposisi dan distribusi elemen permukaan.

Evaluasi aspek-aspek di atas dapat menilai efek perawatan teknologi perawatan permukaan laser secara komprehensif dan akurat, dan memberikan dasar untuk optimalisasi proses lebih lanjut.

Bahan-bahan berikut ini cocok untuk teknologi perawatan permukaan laser:

1. Bahan logam:

Baja: termasuk baja karbon, baja paduan, dll., sering digunakan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi.

• Aluminium dan paduan aluminium: dapat meningkatkan kekerasan permukaan, ketahanan aus dan ketahanan korosi.
• Paduan titanium dan titanium: meningkatkan kekuatan permukaan dan ketahanan korosi, cocok untuk ruang angkasa dan bidang lainnya.
• Paduan tembaga dan tembaga: seperti meningkatkan konduktivitas listrik, ketahanan aus, dll.

2. Bahan keramik: seperti alumina, zirkonia, dll., meningkatkan ketangguhan dan kualitas permukaannya melalui perawatan laser.

3. Bahan polimer: seperti polikarbonat, polietilen, dll., dapat meningkatkan kekerasan permukaan, ketahanan aus, dan sifat ikatannya.

4. Bahan komposit: seperti material komposit yang diperkuat serat karbon (CFRP), dapat meningkatkan sifat ikatan permukaan dan ketahanan aus.

5. Karbida disemen: sering digunakan dalam pembuatan perkakas dan cetakan, perawatan laser dapat memperpanjang masa pakainya.

6. Baja mati: seperti Cr12MoV, dll., setelah perawatan permukaan laser untuk meningkatkan kualitas permukaan dan masa pakai cetakan.

Berikut ini adalah beberapa cara untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan teknologi perawatan permukaan laser:

1. Optimalkan peralatan laser

• Pilih sumber laser dengan daya tinggi dan frekuensi pengulangan tinggi untuk meningkatkan keluaran energi per satuan waktu.
• Tingkatkan sistem optik untuk meningkatkan kualitas dan efisiensi transmisi sinar laser.

2. Teknologi multi-balok

• Pemrosesan simultan dengan beberapa sinar laser dapat meningkatkan area dan kecepatan pemrosesan secara signifikan.

3. Memperbaiki sistem pemindaian

• Gunakan galvanometer pemindaian berkecepatan tinggi atau perangkat pemindaian yang lebih canggih untuk meningkatkan kecepatan dan akurasi pemindaian.

4. Rencanakan jalur pemindaian dengan benar

• Rancang jalur pemindaian optimal untuk mengurangi perjalanan tidak valid dan area yang tumpang tindih serta meningkatkan efisiensi pemrosesan.

5. Otomatisasi dan kontrol cerdas

• Gabungkan robotika untuk mengotomatiskan penjepitan, penentuan posisi, dan penanganan, sehingga mengurangi waktu intervensi manual.
• Gunakan sistem kontrol cerdas untuk menyesuaikan parameter laser secara real-time sesuai dengan karakteristik material dan persyaratan penanganan.

6. Proses paralel

• Untuk benda kerja yang diproduksi secara massal, beberapa benda kerja dapat diproses secara bersamaan.

7. Perawatan panaskan

• Benda kerja dipanaskan terlebih dahulu dengan benar untuk mengurangi konsumsi energi dan waktu selama pemrosesan laser.

8. Optimalisasi parameter proses

• Melalui eksperimen dan simulasi ekstensif, tentukan kombinasi terbaik antara daya laser, kecepatan pemindaian, frekuensi pulsa, dan parameter proses lainnya untuk mencapai efisiensi pemrosesan tertinggi.

9. Perlakuan awal bahan

• Pra-perawatan material seperti pembersihan permukaan dan penghilangan lapisan oksidasi terlebih dahulu untuk meningkatkan efisiensi penyerapan dan efek perawatan laser.

10. Optimalisasi sistem pendingin

• Memastikan sistem pendinginan yang efisien yang mencegah benda kerja dari panas berlebih, sehingga meningkatkan kecepatan pemrosesan.

11. Mengembangkan proses pengobatan baru

• Penelitian dan penerapan proses perawatan permukaan laser yang lebih efisien, seperti perawatan laser ultracepat.

1. Industri otomotif 

Teknologi pengerasan laser telah berhasil diterapkan pada penguatan permukaan bagian-bagian yang rentan di industri otomotif, seperti roda gigi, permukaan poros, pemandu, rahang, cetakan, dll. Dengan pendinginan laser, kekerasan permukaan dan ketahanan aus bagian-bagian ini ditingkatkan, masa pakai diperpanjang secara signifikan, dan deformasi benda kerja sebelum dan sesudah pendinginan hampir dapat diabaikan, terutama cocok untuk bagian-bagian dengan persyaratan presisi tinggi.

2. Industri cetakan

Dalam pembuatan cetakan, penggunaan teknologi perawatan permukaan laser dapat meningkatkan kinerja permukaan cetakan. Misalnya, teknologi pelapisan laser dapat digunakan untuk memperbaiki cetakan yang aus, meningkatkan kekerasan dan daya tahan permukaannya; Pendinginan laser dapat meningkatkan kekerasan dan ketahanan lelah pada permukaan cetakan, serta mengurangi keausan dan deformasi cetakan saat digunakan.

3. Bidang luar angkasa

Teknologi penguatan guncangan laser sering digunakan untuk meningkatkan ketahanan lelah, ketahanan aus, dan ketahanan korosi pada suku cadang dirgantara. Teknologi ini menggunakan gelombang kejut plasma yang dihasilkan oleh sinar laser yang kuat untuk menciptakan tekanan tekan yang dalam pada permukaan komponen, sehingga memperpanjang masa pakainya. Pada saat yang sama, teknologi anil laser dapat digunakan untuk menyesuaikan struktur matriks material, mengurangi kekerasan, menghaluskan butiran, menghilangkan tekanan internal, dll., dalam pemrosesan semikonduktor dapat meningkatkan integrasi sirkuit terpadu.

4. Perlindungan peninggalan budaya

Teknologi pembersihan laser memiliki efek penerapan yang baik dalam pembersihan peninggalan budaya. Dapat menghilangkan kotoran, karat, lapisan, dan lain-lain pada permukaan peninggalan budaya, namun tidak menimbulkan kerusakan pada peninggalan budaya. Misalnya, beberapa peninggalan logam kuno, ukiran batu, mural, dll., dapat dikembalikan ke tampilan aslinya dengan pembersihan laser.

5. Pembuatan motor kawat datar

Laser menghilangkan teknologi lapisan oksida kawat tembaga datar dengan mengontrol energi sinar laser secara tepat, dapat dengan cepat dan efisien menghilangkan lapisan oksida permukaan kawat tembaga datar, dan hampir tidak ada kerusakan pada kawat tembaga itu sendiri. Teknologi ini tidak hanya memulihkan dan meningkatkan konduktivitas listrik motor, tetapi juga meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi pencemaran lingkungan dan limbah material. Di bidang kendaraan energi baru dan otomasi industri, motor kawat datar yang diolah dengan teknologi ini memiliki konduktivitas listrik dan stabilitas termal yang lebih baik, serta keandalan dan masa pakainya juga meningkat.

6. Implan Tulang

Teknologi perawatan permukaan laser nanodetik yang dikembangkan oleh Korea Advanced Institute of Science and Technology dapat digunakan untuk menginduksi pembentukan lapisan tulang buatan. Teknologi ini menghilangkan kebutuhan untuk mensintesis bahan mentah secara terpisah untuk lapisan tulang buatan, dan lapisan tersebut dapat dibuat menggunakan laser nanodetik, dan lapisan hidroksiapatit yang dihasilkan memiliki kekuatan lapisan yang tinggi. Misalnya, bila diterapkan pada perangkat fiksasi tulang berbasis titania, alat ini dapat meningkatkan sifat konduksi tulang, meningkatkan biokompatibilitas, kemampuan osteogenik, dan konduktivitas tulang pada pelapis, dan metode baru ini dapat membentuk ikatan pelapis tiga kali lipat dari bahan pelapis tradisional. dan dapat membentuk lapisan pada permukaan tidak hanya logam tetapi juga bahan polimer.

7. Perawatan permukaan titanium

Korea Electric Research Institute menggunakan perawatan permukaan laser femtosecond pada titanium, yang tidak hanya dapat meningkatkan sifat bawaan titanium, tetapi juga menciptakan permukaan yang fungsional. Bahan titanium hidrofilik setelah perawatan laser femtosecond dapat dibuat menjadi implan gigi, yang memiliki afinitas tinggi dengan tubuh manusia dan dapat mencapai fusi yang stabil dengan tulang manusia, sehingga sangat memperpendek siklus perawatan pasien. Bahan titanium setelah perawatan hidrofobik dapat disiapkan menjadi perangkat medis untuk transplantasi in vivo, yang membantu mengurangi reaksi benda asing pada pasien.

Teknologi perawatan permukaan laser adalah teknologi canggih untuk mengubah sifat permukaan material dengan sinar laser, yang memiliki banyak keunggulan seperti presisi tinggi, perawatan lokal, dan deformasi kecil. Efek pemrosesan dipengaruhi oleh parameter laser, kecepatan pemindaian, ukuran titik, sifat material, lingkungan pemrosesan, dan faktor lainnya. Untuk mengoptimalkan efek pengobatan, hal ini dapat dimulai dari banyak aspek, seperti kontrol parameter laser yang tepat, peningkatan strategi spot dan pemindaian, kombinasi teknologi tambahan dan umpan balik pemantauan waktu nyata. Teknologi ini cocok untuk logam, keramik, polimer, material komposit dan material lainnya. Efek perawatan dapat dievaluasi dari berbagai sudut seperti morfologi permukaan, kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan terhadap korosi. Metode untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan termasuk mengoptimalkan peralatan laser, menggunakan sistem pemindaian multi-balok dan canggih, merencanakan jalur pemindaian, dan mewujudkan kontrol otomatis. Ada banyak kasus penerapan yang berhasil di banyak bidang seperti mobil, cetakan, ruang angkasa, dan perlindungan peninggalan budaya, yang telah memainkan peran penting dalam meningkatkan kinerja dan kualitas produk. Di masa depan, teknologi perawatan permukaan laser diharapkan terus berkembang dalam aspek presisi, efisiensi, kecerdasan dan lainnya, serta memperluas bidang aplikasi yang lebih luas.

Hubungi kami