Derin çözünürlüklü lazer yüzey işleme teknolojisi

Lazer yüzey işleme, malzemelerin yüzeyini lazer ışınıyla ısıtarak, eriterek ve dondurarak malzemelerin yüzey özelliklerini değiştiren bir teknolojidir. Atmosfer, vakum ve diğer ortamlarda işlenebilir ve temassız işleme ve minimum iş parçası deformasyonu avantajlarına sahiptir.

Yüzey işleminin farklı amacına göre, lazer yüzey işlemi, yüzey modifikasyon işlemine ve kaldırma işlemine ayrılabilir. Bunların arasında yüzey modifikasyon işlemi, lazerle sırlama, lazerle yeniden eritme, lazerle alaşımlama, lazerle kaplama vb. içerir. Kaldırma tedavisi esas olarak lazer temizliği anlamına gelir.

Lazer yüzey işleme teknolojisi otomotiv, havacılık, elektronik, makine ve diğer endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin otomotiv imalatında, motor bileşenlerinin aşınma ve korozyon direncini geliştirmek için lazer yüzey işlemi kullanılabilir; Havacılık ve uzay sektöründe, uçak bileşenlerinin yüzey özelliklerini iyileştirmek, yorulma ömrünü ve güvenilirliğini artırmak için lazer yüzey işlemi kullanılabilir.

Lazer yüzey işleme malzemenin yüzey özelliklerini değiştirmek amacıyla yerel acil ısıtma veya soğutma sağlamak amacıyla iş parçasını hızlı ve yerel olarak ısıtmak için lazer ışınını kullanan bir yöntemdir. Yüzey işleminin farklı amacına göre, lazer yüzey işlemi, yüzey modifikasyon işlemine ve kaldırma işlemine ayrılabilir.

Lazer yüzey modifikasyon işlemi, malzemenin organizasyon yapısının değiştirilmesi veya lazer tarama işlemi sırasında diğer malzemelerin eklenmesi yoluyla iş parçasının yüzey performansını iyileştirmektir; teknoloji, iş parçasının yüzeyini seçici olarak işleyebilir, bu da iletkendir iş parçasının bir bütün olarak yeterli tokluğunu ve mukavemetini korumak ve aşınma direnci, korozyon direnci ve yorulma direnci, oksidasyon direnci gibi yüksek ve spesifik performans elde etmek için yüzey. Yaygın lazer yüzey modifikasyon teknikleri arasında lazerle sırlama, lazerle yeniden eritme, lazerle alaşımlama ve lazer kaplama yer alır.

Lazer giderme tedavisi esas olarak, tedavi edilecek yüzeydeki kirlenmiş tabaka tarafından emilecek lazer ışınını kullanan lazer temizlemeyi ifade eder ve büyük enerjinin emilmesi, etkisi altında bir şok dalgası üreten, hızla genişleyen bir plazma oluşturur. şok dalgası, kirleticiler parçalanır ve uzaklaştırılır. Geleneksel temizleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında lazer temizlemenin temassız, yüksek verim, çevre kirliliğini azaltma vb. avantajları vardır.

Lazer yüzey işleme teknolojisinin tedavi etkisi esas olarak aşağıdaki faktörlerden etkilenir::

1.Lazer parametreleri

• Lazer gücü: Güç boyutu, enerji girişini doğrudan etkiler; güç ne kadar yüksek olursa, ısıtma etkisi o kadar yoğun olur, bu da daha derin işleme derinliğine ve daha önemli doku değişikliklerine yol açabilir.
• Lazer dalga boyu: Malzemedeki farklı lazer dalga boylarının emme ve nüfuz etme kapasitesi farklıdır, bu da tedavi etkisini etkiler.
• Darbe genişliği ve frekansı: Kısa darbe genişlikleri daha hassas işlemeyi mümkün kılarken, yüksek frekanslar işleme verimliliğini artırır.

2.Tarama hızı

Tarama hızı, lazerin her konumdaki etki süresini belirler, çok yüksek hız yetersiz işlemeye, çok düşük hız ise aşırı ısınmaya ve ısıdan etkilenen bölgenin genişlemesine neden olabilir.

3.Nokta boyutu

Nokta boyutu enerji dağılımının konsantrasyonunu etkiler ve daha küçük noktalar daha doğru yerel işlemeyi mümkün kılar.

4.Malzeme özellikleri

• Malzeme bileşimi: Farklı elementlerin içeriği ve türü, malzemenin lazere emilimini ve reaksiyonunu etkileyecektir.
• Tane boyutu ve faz bileşimi gibi orijinal mikro yapı durumu, işlemden sonra faz geçişini ve mikro yapı gelişimini etkileyecektir.

5. Tedavi ortamı

Arıtma işlemi sırasında oksidasyonu, nitrürlemeyi ve diğer kimyasal reaksiyonları etkileyecek olan atmosfer (vakum, inert gaz, oksitleyici gaz vb. gibi) ve sıcaklık dahil.

6. Örtüşme oranı

Çoklu tarama işleminde, bitişik tarama izleri arasındaki örtüşme derecesi, işlemin tekdüzeliğini ve sürekliliğini etkileyecektir.

7.Yardımcı süreç

arıtma işlemine üfleme gazı eklenmesi, manyetik alan veya elektrik alanı uygulanması ve diğer yardımcı araçların uygulanması da arıtma etkisini etkileyecektir.

Lazer yüzey işleme teknolojisinin tedavi etkisini optimize etmenin bazı yolları aşağıda verilmiştir:

1. Lazer parametrelerinin hassas kontrolü

• Belirli malzemeler ve işleme gereksinimleri için optimum lazer gücü, dalga boyu, darbe genişliği, frekans ve tarama hızı gibi parametreleri belirlemek için kapsamlı deneyler ve simülasyonlar gerçekleştirin.
• Daha hassas parametre ayarı ve stabilite için gelişmiş lazer ekipmanının kullanılması.

2. Nokta kalitesini ve şeklini optimize edin

• Nokta bütünlüğü ve odaklama doğruluğunu sağlamak için yüksek kaliteli optik bileşenlerin kullanılması.
• İşleme gereksinimlerine göre yuvarlak, dikdörtgen veya diğer özel şekiller gibi uygun nokta şeklini seçin.

3. Tarama politikasını iyileştirin

• Düzgün işleme etkisi elde etmek için spiral tarama, paralel tarama vb. gibi makul tarama yolu planlamasını benimseyin.
• İşleme alanında süreklilik ve tutarlılık sağlamak için bağlanma oranını ayarlayın.

4. Malzeme ön işlemi

• Malzemeyi temizleyin, oksit tabakasını ve diğer ön işlemleri kaldırın, malzeme yüzeyinin lazer emilim oranını ve tedavinin homojenliğini artırın.

5. İşleme ortamını kontrol edin

• Arıtmanın amacına bağlı olarak vakum, inert gaz koruması veya spesifik reaktif gazlar gibi uygun atmosfer ortamı seçilir.
• Arıtma işlemi sırasında sıcaklığı soğutma cihazı veya ön ısıtma yoluyla kontrol edin.

6. Yardımcı süreçleri dahil edin

• Azot, argon vb. gibi üfleme gazlarının kullanılması. Cürufun uzaklaştırılmasına ve kimyasal reaksiyonların kontrol edilmesine yardımcı olur.
• Lazer ve malzeme arasındaki etkileşim sürecini etkilemek için manyetik veya elektrik alanları uygulayın.

7. Gerçek zamanlı izleme ve geri bildirim

• Kızılötesi sıcaklık ölçümü, optik görüntüleme vb. gibi çevrimiçi izleme teknolojisini kullanarak, işlem sürecinde sıcaklığın, morfolojinin ve diğer parametrelerin gerçek zamanlı izlenmesi.
• İzleme sonuçlarına göre, kapalı döngü kontrolü elde etmek için lazer parametrelerini ve süreçlerini zamanında ayarlayın.

8. Çoklu işlem kombinasyonu

• İlgili avantajlarını kullanmak ve daha iyi performans elde etmek için lazer yüzey işlemini elektrokaplama, kimyasal ısıl işlem vb. gibi diğer yüzey işleme teknolojileriyle birleştirin.

9. Malzeme geliştirme ve seçimi

• İyi lazer işleme uyumluluğuna sahip yeni malzemeler geliştirin ve seçin veya mevcut malzemelerin kompozisyonunu ve organizasyonel yapısını optimize edin.

10. Proses simülasyonu ve simülasyonu

• Lazer yüzey işleme sürecini tahmin etmek ve optimize etmek, deney sayısını azaltmak ve maliyetleri azaltmak için bilgisayar simülasyonu ve simülasyon yazılımını kullanın.

Lazer yüzey işleme teknolojisinin tedavi etkisinin değerlendirilmesi aşağıdaki yönlerden gerçekleştirilebilir::

1. Yüzey morfolojisi ve pürüzlülüğü

• Düz olup olmadığını, çatlak, gözenek ve diğer kusurların olup olmadığını kontrol etmek amacıyla yüzeyin mikroskobik morfolojisini gözlemlemek için optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanın.
• İşlenen yüzeyin düzgünlüğünü değerlendirmek için yüzey pürüzlülüğünü bir pürüzlülük ölçerle ölçün.

2. Sertlik ve dayanıklılık

• Sertlik iyileştirme derecesini belirlemek amacıyla işlenen yüzeyin sertlik değerini ölçmek için Rockwell sertliği, Vickers sertliği vb. gibi sertlik test yöntemlerinin kullanılması.
• Malzemenin mukavemet değişimini değerlendirmek için çekme, basma ve diğer mekanik özellik testlerini yapın.

3. Aşınma direnci

• Aşınma testi, malzemenin işlemden önce ve sonra aşınma direncini karşılaştırmak için sürtünme ve aşınma test makinesi kullanılarak yapıldı.

4. korozyon direnci

• Yüzey işleminden sonra malzemelerin korozyon direncini tuz püskürtme testi, elektrokimyasal korozyon testi vb. yoluyla değerlendirin.

5. Artık stres

• İşlemin malzemenin gerilim durumu üzerindeki etkisini anlamak için X-ışını kırınım tekniklerini vb. kullanarak yüzeydeki ve iç kısımdaki artık gerilim dağılımını ölçün.

6. Kaplama yapışma mukavemeti

• Lazer kaplama gibi işlemler için kaplamanın alt tabakaya bağlanma mukavemeti test edilir; çizilme testi.

7. Mikroyapı analizi

• İşlemden sonra tane boyutu, faz bileşimi ve diğer değişiklikler gibi mikro yapıyı analiz etmek için metalografik mikroskopi, elektron geri saçılım kırınımı (EBSD) ve diğer yöntemleri kullanmak.

8. Kimyasal bileşim

• Yüzey elemanlarının bileşimini ve dağılımını belirlemek için enerji dağılım analizi (EDS), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve diğer yöntemleri kullanın.

Yukarıdaki hususların değerlendirilmesi, lazer yüzey işleme teknolojisinin tedavi etkisini kapsamlı ve doğru bir şekilde değerlendirebilir ve sürecin daha fazla optimizasyonu için bir temel sağlayabilir.

Aşağıdaki malzemeler lazer yüzey işleme teknolojisine uygundur:

1. Metal malzemeler:

Çelik: Genellikle sertliğini, aşınma direncini ve korozyon direncini arttırmak için kullanılan karbon çeliği, alaşımlı çelik vb. dahil.

• Alüminyum ve alüminyum alaşımı: yüzey sertliğini, aşınma direncini ve korozyon direncini artırabilir.
• Titanyum ve titanyum alaşımları: Havacılık ve diğer alanlar için uygun, yüzey mukavemetini ve korozyon direncini arttırır.
• Bakır ve bakır alaşımları: Elektrik iletkenliğinin, aşınma direncinin vb. iyileştirilmesi.

2. Alümina, zirkonya vb. gibi seramik malzemeler lazer işlemiyle dayanıklılıklarını ve yüzey kalitesini artırır.

3. Polikarbonat, polietilen vb. gibi polimer malzemeler yüzey sertliğini, aşınma direncini ve bağlanma özelliklerini geliştirebilir.

4. Kompozit malzemeler: Karbon fiberle güçlendirilmiş kompozit malzemeler (CFRP) gibi, yüzey bağlanma özelliklerini ve aşınma direncini geliştirebilir.

5. Semente karbür: Takım ve kalıp imalatında sıklıkla kullanılan lazer işlemi, servis ömrünü uzatabilir.

6. Kalıp çeliği: Kalıbın yüzey kalitesini ve servis ömrünü iyileştirmek için lazer yüzey işleminden sonra Cr12MoV vb.

Lazer yüzey işleme teknolojisinin işleme verimliliğini artırmanın bazı yolları aşağıda verilmiştir:

1. Lazer ekipmanını optimize edin

• Birim zaman başına enerji çıkışını artırmak için yüksek güçlü ve yüksek tekrarlama frekansına sahip bir lazer kaynağı seçin.
• Lazer ışınının kalitesini ve iletim verimliliğini artırmak için optik sistemi yükseltin.

2. Çok ışın teknolojisi

• Birden fazla lazer ışınıyla eşzamanlı işlem, işlem alanını ve hızını önemli ölçüde artırabilir.

3. Tarama sistemini iyileştirin

• Tarama hızını ve doğruluğunu artırmak için yüksek hızlı tarama galvanometresi veya daha gelişmiş tarama cihazları kullanın.

4. Tarama yolunu doğru şekilde planlayın

• Geçersiz seyahati ve çakışan alanları azaltmak ve işleme verimliliğini artırmak için en uygun tarama yolunu tasarlayın.

5. Otomasyon ve akıllı kontrol

• Kenetleme, konumlandırma ve taşımayı otomatikleştirmek için robot teknolojilerini birleştirerek manuel müdahale süresini kısaltın.
• Lazer parametrelerini malzeme özelliklerine ve kullanım gereksinimlerine göre gerçek zamanlı olarak ayarlamak için akıllı bir kontrol sistemi kullanın.

6. Paralel işleme

• Seri üretilen iş parçaları için birden fazla iş parçası aynı anda işlenebilir.

7. Ön ısıtma işlemi

• Lazer işleme sırasında enerji tüketimini ve zamanı azaltmak için iş parçası uygun şekilde önceden ısıtılır.

8. Proses parametrelerinin optimizasyonu

• Kapsamlı deneyler ve simülasyonlar yoluyla, en yüksek işleme verimliliğini elde etmek için lazer gücü, tarama hızı, darbe frekansı ve diğer işlem parametrelerinin en iyi kombinasyonunu belirleyin.

9. Malzeme ön işlemi

• Lazerin emme verimliliğini ve tedavi etkisini artırmak için yüzey temizliği ve oksidasyon tabakasının çıkarılması gibi malzemenin önceden işlenmesi.

10. Soğutma sistemi optimizasyonu

• İş parçasının aşırı ısınmasını önleyen ve böylece işlem hızını artıran verimli bir soğutma sistemi sağlar.

11. Yeni tedavi süreçleri geliştirin

• Ultra hızlı lazer tedavisi gibi daha verimli lazer yüzey işleme proseslerinin araştırılması ve uygulanması.

1. Otomotiv endüstrisi 

Lazer sertleştirme teknolojisi, otomotiv endüstrisindeki dişliler, şaft yüzeyleri, kılavuzlar, çeneler, kalıplar vb. gibi hassas parçaların yüzey güçlendirilmesinde başarıyla uygulanmıştır. Lazerle söndürme ile bu parçaların yüzey sertliği ve aşınma direnci iyileştirilir, servis ömrü önemli ölçüde uzatılır ve iş parçasının söndürmeden önce ve sonra deformasyonu neredeyse yok denecek kadar azdır, özellikle yüksek hassasiyet gerektiren parçalar için uygundur.

2. Kalıp endüstrisi

Kalıp imalatında lazer yüzey işleme teknolojisinin kullanılması kalıbın yüzey performansını artırabilir. Örneğin, lazer kaplama teknolojisi aşınmış kalıpları onarmak, yüzey sertliğini ve dayanıklılığını artırmak için kullanılabilir; Lazer söndürme, kalıp yüzeyinin sertliğini ve yorulma direncini artırabilir ve kullanım sırasında kalıbın aşınmasını ve deformasyonunu azaltabilir.

3. Havacılık alanı

Lazer şok güçlendirme teknolojisi sıklıkla havacılık parçalarının yorulma direncini, aşınma direncini ve korozyon direncini arttırmak için kullanılır. Teknoloji, bileşenlerin yüzeyinde derin basınç gerilimleri oluşturmak ve böylece hizmet ömrünü uzatmak için güçlü lazer ışınları tarafından üretilen plazma şok dalgalarını kullanır. Aynı zamanda, yarı iletken işlemede lazer tavlama teknolojisi, malzemenin matris yapısını ayarlamak, sertliği azaltmak, taneyi inceltmek, iç gerilimi ortadan kaldırmak vb. için kullanılabilir ve entegre devrelerin entegrasyonunu geliştirebilir.

4. Kültürel kalıntıların korunması

Lazer temizleme teknolojisi, kültürel eserlerin temizliğinde iyi bir uygulama etkisine sahiptir. Kültürel emanetlerin yüzeyindeki kiri, pası, kaplamayı vb. temizleyebilir, ancak kültürel eserlere zarar vermez. Örneğin bazı antik metal kalıntılar, taş oymalar, duvar resimleri vb. lazer temizlemeyle orijinal görünümlerine kavuşturulabilir.

5. Yassı telli motor imalatı

Lazer ışınının enerjisini hassas bir şekilde kontrol ederek düz bakır tel oksit tabakasını kaldıran lazer teknolojisi, düz bakır tel yüzeyindeki oksit katmanını hızlı ve verimli bir şekilde kaldırabilir ve bakır telin kendisine neredeyse hiç zarar vermez. Bu teknoloji yalnızca motorun elektrik iletkenliğini eski haline getirip iyileştirmekle kalmıyor, aynı zamanda üretim verimliliğini artırıyor ve çevre kirliliğini ve malzeme israfını azaltıyor. Yeni enerji araçları ve endüstriyel otomasyon alanlarında, bu teknolojiyle işlenen düz telli motor daha iyi elektriksel iletkenliğe ve termal stabiliteye sahip olup güvenilirliği ve ömrü de artırılmıştır.

6. Kemik İmplantları

Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü tarafından geliştirilen nanosaniye lazer yüzey işleme teknolojisi, yapay kemik kaplamalarının oluşumunu tetiklemek için kullanılabilir. Teknoloji, yapay kemik kaplama için ayrı ayrı hammadde sentezleme ihtiyacını ortadan kaldırıyor ve kaplama, nanosaniyelik lazerler kullanılarak oluşturulabiliyor ve ortaya çıkan hidroksiapatit kaplama, yüksek kaplama gücüne sahip. Örneğin, titanyum bazlı kemik sabitleme cihazlarına uygulandığında kemik iletim özelliklerini geliştirebilir, kaplamanın biyouyumluluğunu, osteojenik yeteneğini ve kemik iletkenliğini geliştirebilir ve yeni yöntem, geleneksel kaplama malzemelerine göre üç kat daha fazla kaplama bağı oluşturabilir. hem metal hem de polimer malzemelerin yüzeyinde kaplama oluşturabilmektedir.

7. Titanyum yüzey işlemi

Kore Elektrik Araştırma Enstitüsü, titanyumun femtosaniye lazer yüzey işlemini kullanıyor; bu, yalnızca titanyumun doğal özelliklerini geliştirmekle kalmıyor, aynı zamanda işlevsel bir yüzey de yaratıyor. Femtosaniye lazer tedavisi sonrası hidrofilik titanyum malzeme, insan vücudu ile afinitesi yüksek olan ve insan kemiği ile stabil füzyon sağlayabilen diş implantlarına hazırlanarak hastaların tedavi döngüsü büyük ölçüde kısaltılabilir. Hidrofobik tedavi sonrası titanyum materyali in vivo transplantasyon için tıbbi cihazlara hazırlanabilir, bu da hastadaki yabancı cisim reaksiyonunun azaltılmasına yardımcı olur.

Lazer yüzey işleme teknolojisi, malzemelerin yüzey özelliklerini lazer ışınıyla değiştiren, yüksek hassasiyet, lokal işlem ve küçük deformasyon gibi pek çok avantaja sahip ileri bir teknolojidir. İşleme etkisi lazer parametrelerinden, tarama hızından, nokta boyutundan, malzeme özelliklerinden, işleme ortamından ve diğer faktörlerden etkilenir. Tedavi etkisini optimize etmek için lazer parametrelerinin hassas kontrolü, nokta ve tarama stratejisinin geliştirilmesi, yardımcı teknolojinin kombinasyonu ve gerçek zamanlı izleme geri bildirimi gibi birçok açıdan başlatılabilir. Teknoloji metal, seramik, polimerler, kompozit malzemeler ve diğer malzemeler için uygundur. İşlem etkisi yüzey morfolojisi, sertlik, aşınma direnci ve korozyon direnci gibi birçok açıdan değerlendirilebilir. İşleme verimliliğini artırma yöntemleri arasında lazer ekipmanının optimize edilmesi, çok ışınlı ve gelişmiş tarama sistemlerinin kullanılması, tarama yollarının planlanması ve otomatik kontrolün gerçekleştirilmesi yer alır. Otomobil, kalıp, havacılık ve kültürel eserlerin korunması gibi birçok alanda ürün performansının ve kalitesinin arttırılmasında önemli rol oynayan başarılı uygulama örnekleri bulunmaktadır. Gelecekte lazer yüzey işleme teknolojisinin hassasiyet, verimlilik, zeka ve diğer yönlerden gelişmeye devam etmesi ve daha geniş uygulama alanlarını genişletmesi bekleniyor.

Bize ulaşın