เทคโนโลยีการรักษาพื้นผิวด้วยเลเซอร์ นอกเหนือจากการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์

เป็นเวลานานแล้วที่เทคโนโลยีเลเซอร์เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการใช้งานอย่างกว้างขวางในการเชื่อม การตัด และการมาร์ก และเพียงในช่วงสองปีนี้ ที่มีการแพร่หลายในการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์อย่างค่อยเป็นค่อยไป แนวคิดของการรักษาพื้นผิวด้วยเลเซอร์จึงมีมากขึ้นเรื่อยๆ เป็นจุดสนใจและปรากฏอยู่ในจิตใจของผู้คน การประมวลผลด้วยเลเซอร์ในลักษณะแบบไม่สัมผัส มีความยืดหยุ่นสูง ความเร็วสูง ไม่มีเสียงรบกวน มีโซนรับความร้อนเล็กน้อยโดยไม่ทำลายพื้นผิว ไม่มีวัสดุสิ้นเปลือง และคาร์บอนต่ำต่อสิ่งแวดล้อม

การรักษาพื้นผิวด้วยเลเซอร์จริงๆ แล้ว มีหมวดหมู่การใช้งานจำนวนมากนอกเหนือจากการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ เช่น การขัดด้วยเลเซอร์ การหุ้มด้วยเลเซอร์ การชุบด้วยเลเซอร์ เป็นต้น วิธีการเหล่านี้ใช้เพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์เฉพาะของพื้นผิววัสดุ เช่น ทำให้พื้นผิวถูกประมวลผลเป็นฟังก์ชันที่ไม่ชอบน้ำ หรือพัลส์เลเซอร์เพื่อสร้างเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 ไมครอน ความลึกเพียงไม่กี่ไมครอนของรอยกดขนาดเล็ก ,เป็นวิธีการเพิ่มความหยาบ, เสริมการยึดเกาะพื้นผิวและอื่นๆ

นอกจากการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์คุณรู้จักการรักษาพื้นผิวด้วยเลเซอร์ประเภทต่อไปนี้หรือไม่?

การดับด้วยเลเซอร์

การชุบแข็งด้วยเลเซอร์เป็นหนึ่งในโซลูชั่นสำหรับการตัดเฉือนส่วนประกอบที่มีความเค้นสูงและซับซ้อน ช่วยให้เกิดความเค้นสูงขึ้นและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นสำหรับชิ้นส่วนที่มีการสึกหรอสูง เช่น เพลาลูกเบี้ยวและเครื่องมือดัดงอ

ทำงานโดยการให้ความร้อนแก่ผิวของชิ้นงานที่ประกอบด้วยคาร์บอนจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมละลายเล็กน้อย (900 - 1400 องศา โดยดูดซับพลังงานที่ฉายรังสีไว้ 40 เปอร์เซ็นต์) เพื่อให้อะตอมของคาร์บอนในโครงตาข่ายโลหะถูกจัดเรียงใหม่ ( ออสเทนไนติเซชั่น) จากนั้นลำแสงเลเซอร์จะทำความร้อนพื้นผิวอย่างต่อเนื่องในทิศทางของฟีด และวัสดุที่อยู่รอบลำแสงเลเซอร์จะเย็นลงอย่างรวดเร็วในขณะที่ลำแสงเลเซอร์เคลื่อนที่จนโครงตาข่ายโลหะไม่สามารถกลับคืนสู่รูปแบบเดิมได้ ส่งผลให้ มาร์เทนไซต์ซึ่งทำให้เกิด ส่งผลให้มาร์เทนไซต์มีความแข็งเพิ่มขึ้นอย่างมาก

โดยทั่วไปความลึกของการชุบแข็งของชั้นนอกของเหล็กกล้าคาร์บอนที่ได้จากการชุบแข็งด้วยเลเซอร์จะอยู่ที่ 0.1-1.5 มม. และอาจมีขนาด 2.5 มม. หรือมากกว่าในวัสดุบางชนิด ข้อดีของวิธีการชุบแข็งแบบทั่วไปคือ:

1. การป้อนความร้อนเป้าหมายถูกจำกัดไว้เฉพาะพื้นที่ ส่งผลให้แทบไม่เกิดการบิดเบี้ยวของส่วนประกอบระหว่างการตัดเฉือน ต้นทุนการทำงานซ้ำจะลดลงหรือถูกกำจัดไปโดยสิ้นเชิง

2. การชุบแข็งแม้ในรูปทรงที่ซับซ้อนและส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ ทำให้สามารถชุบแข็งได้อย่างแม่นยำสำหรับพื้นผิวการทำงานที่ถูกจำกัดเฉพาะในพื้นที่ ซึ่งไม่สามารถชุบแข็งด้วยวิธีชุบแข็งแบบธรรมดาได้

โดยไม่มีการบิดเบือน กระบวนการชุบแข็งแบบทั่วไปทำให้เกิดการบิดเบือนเนื่องจากการป้อนพลังงานและการชุบแข็งที่สูงขึ้น แต่ในระหว่างการชุบแข็งด้วยเลเซอร์ ความร้อนสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำเนื่องจากเทคโนโลยีเลเซอร์และการควบคุมอุณหภูมิ ส่วนประกอบยังคงสภาพเดิมอยู่

รูปทรงความแข็งของชิ้นงานสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วและ "ทันที" ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องแปลงระบบเลนส์/ทั้งระบบ

Lมีขนดก

การทำรายได้ด้วยเลเซอร์เป็นหนึ่งในเครื่องมือกระบวนการสำหรับการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของวัสดุที่เป็นโลหะ ในกระบวนการจัดโครงสร้าง เลเซอร์จะสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่จัดเรียงอย่างสม่ำเสมอในชั้นหรือพื้นผิวเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางเทคนิคอย่างมีจุดประสงค์และพัฒนาฟังก์ชันใหม่ๆ กระบวนการโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการใช้รังสีเลเซอร์ (โดยปกติจะเป็นพัลส์สั้นๆ ของแสงเลเซอร์) เพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่จัดเรียงอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวในลักษณะที่สามารถทำซ้ำได้ ลำแสงเลเซอร์ละลายวัสดุในลักษณะควบคุม และแข็งตัวเป็นโครงสร้างที่กำหนดโดยการจัดการกระบวนการที่เหมาะสม

ตัวอย่างเช่น โครงสร้างพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำทำให้น้ำไหลออกจากพื้นผิวได้ การสร้างโครงสร้างระดับไมครอนบนพื้นผิวด้วยเลเซอร์พัลซ์ที่สั้นมากเป็นพิเศษทำให้สามารถรับรู้คุณสมบัตินี้ได้ และโครงสร้างที่จะสร้างสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำโดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของเลเซอร์ ผลตรงกันข้าม เช่น พื้นผิวที่ชอบน้ำ ก็สามารถรับรู้ได้เช่นกัน

แผงยานยนต์ในการทาสี คุณต้องทำให้พื้นผิวของแผ่นบางกระจายสม่ำเสมอของ "ไมโครหลุม" เพื่อเพิ่มการยึดเกาะของสี โดยมีลำแสงเลเซอร์พัลส์นับพันถึงหมื่นครั้งต่อวินาทีโดยเน้นที่พื้นผิวของเหตุการณ์ม้วน บนม้วนในจุดโฟกัสที่พื้นผิวม้วนเพื่อสร้างสระที่ละลายน้ำได้ขนาดเล็ก ในเวลาเดียวกันที่ด้านข้างของสระที่ละลายน้ำได้ขนาดเล็กเป่าเพื่อให้สระที่ละลายน้ำได้ของวัสดุหลอมเหลวตามข้อกำหนดที่ระบุให้มากที่สุดเท่าที่ เป็นไปได้กองพะเนินถึงสระน้ำ! ขอบของการก่อตัวของแถบรูปโค้ง แถบขนาดเล็กและหลุมขนาดเล็กเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความหยาบของพื้นผิววัสดุเพื่อเพิ่มการยึดเกาะของสี แต่ยังปรับปรุงความแข็งผิวของวัสดุเพื่อยืดอายุการใช้งานอีกด้วย

คุณสมบัติบางอย่างถูกสร้างขึ้นโดยโครงสร้างเลเซอร์ เช่น คุณสมบัติการเสียดสีหรือการนำไฟฟ้าและความร้อนของวัสดุโลหะบางชนิด นอกจากนี้ โครงสร้างเลเซอร์ยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะและอายุการใช้งานของชิ้นงานอีกด้วย

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการแบบเดิม การสร้างโครงสร้างพื้นผิวด้วยเลเซอร์นั้นเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า โดยไม่ต้องใช้สารขัดหรือสารเคมีเพิ่มเติมในการขัดถู เลเซอร์ที่ทำซ้ำได้และแม่นยำช่วยให้โครงสร้างควบคุมมีความแม่นยำระดับไมครอนและทำซ้ำได้ง่ายมาก การบำรุงรักษาต่ำ เลเซอร์ไม่สัมผัสกัน ดังนั้นจึงปราศจากการสึกหรออย่างแน่นอน เมื่อเทียบกับเครื่องมือกลที่สึกหรอเร็ว และไม่จำเป็นต้องผ่านกระบวนการภายหลัง โดยไม่มีสารหลอมหรือสารตกค้างจากเครื่องจักรเหลืออยู่บนชิ้นส่วนที่ผ่านกระบวนการด้วยเลเซอร์

พื้นผิวเสร็จสิ้นด้วยเลเซอร์ Dazzle

การแบ่งเบาบรรเทาด้วยเลเซอร์มักใช้ในการบำบัดพื้นผิวด้วยเลเซอร์พราวหรือที่เรียกว่าการมาร์กสีด้วยเลเซอร์ หลักการของกระบวนการคือวัสดุทำความร้อนด้วยเลเซอร์ โลหะทำความร้อนในท้องถิ่นให้ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวเล็กน้อย ในพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสม ในเวลานี้ โครงสร้างของประตูจะเปลี่ยนไป ในพื้นผิวของชิ้นงานจะก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์ ชั้นของฟิล์มนี้ในการฉายรังสีแสง การรบกวนของแสงที่ตกกระทบเพื่อให้สีแบ่งเบาบรรเทาที่หลากหลายในเวลานี้ พื้นผิวของชั้นที่สร้างโดยชั้นของชั้นการทำเครื่องหมายที่มีสีสันนี้ โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนมุมสังเกต รูปแบบการมาร์กจะเปลี่ยนเป็นสีต่างๆ มากมาย

สีเหล่านี้ยังคงรักษาอุณหภูมิให้คงที่ได้ถึงประมาณ 200 องศา . ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ประตูจะกลับสู่สถานะเดิม - เครื่องหมายจะหายไป คุณภาพพื้นผิวยังคงเหมือนเดิม มีการรักษาความปลอดภัยและการตรวจสอบย้อนกลับในระดับสูงในการใช้งานต่อต้านการปลอมแปลง นอกเหนือจากการมาร์กสีดำแบบใหม่ด้วยเลเซอร์พัลซ์แบบสั้นเกินขีดซึ่งได้รับการยอมรับอย่างดีในด้านเทคโนโลยีทางการแพทย์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการมาร์กผลิตภัณฑ์และด้วยเหตุนี้สำหรับการตรวจสอบย้อนกลับที่เป็นเอกลักษณ์ตามคำสั่ง UDI

เลเซอร์ละลาย

เป็นกระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อเหมาะสำหรับวัสดุผสมโลหะและโลหะ-เซรามิก ด้วยเหตุนี้ จึงสามารถสร้างหรือแก้ไขรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติได้ เมื่อใช้วิธีการผลิตนี้ เลเซอร์ยังสามารถนำไปใช้ในการซ่อมแซมหรือการเคลือบได้ ดังนั้นในภาคการบินและอวกาศ การผลิตแบบเติมเนื้อจึงถูกนำมาใช้เพื่อซ่อมแซมใบพัดกังหัน

ในการผลิตเครื่องมือและแม่พิมพ์ ขอบที่ร้าวหรือสึกหรอและพื้นผิวที่มีรูปร่างสามารถซ่อมแซมได้ หรือแม้แต่การหุ้มเกราะในพื้นที่ เพื่อป้องกันการสึกหรอและการกัดกร่อน ตำแหน่งตลับลูกปืน ลูกกลิ้ง หรือส่วนประกอบไฮดรอลิกจะถูกเคลือบด้วยเทคโนโลยีพลังงานหรือปิโตรเคมี การผลิตแบบเติมเนื้อยังใช้ในการผลิตยานยนต์อีกด้วย มีการปรับเปลี่ยนส่วนประกอบมากมายที่นี่

ในการหุ้มโลหะด้วยเลเซอร์แบบทั่วไป ลำแสงเลเซอร์จะทำให้ชิ้นงานร้อนในพื้นที่ก่อน จากนั้นจึงก่อตัวเป็นสระหลอมเหลว จากนั้นผงโลหะละเอียดจะถูกพ่นจากหัวฉีดของหัวประมวลผลเลเซอร์ลงในบ่อหลอมเหลวโดยตรง ในระหว่างการหลอมโลหะด้วยเลเซอร์ความเร็วสูง อนุภาคของผงจะถูกให้ความร้อนจนเกือบถึงอุณหภูมิหลอมเหลวเหนือพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ ส่งผลให้ใช้เวลาในการหลอมอนุภาคผงน้อยลง

ผลกระทบ: ความเร็วกระบวนการเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากผลกระทบทางความร้อนที่น้อยกว่า การหลอมโลหะด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงยังทำให้สามารถเคลือบวัสดุที่ไวต่อความร้อนมาก เช่น โลหะผสมอลูมิเนียมและโลหะผสมเหล็กหล่อ ด้วยกระบวนการ HS-LMD อัตราพื้นผิวสูงถึง 1,500 ซม.²/นาทีสามารถทำได้บนพื้นผิวที่สมมาตรในการหมุน ในขณะที่อัตราการป้อนสูงถึงหลายร้อยเมตรต่อนาที

ชิ้นส่วนหรือแม่พิมพ์ที่มีราคาแพงสามารถซ่อมแซมได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายด้วยการหุ้มโลหะด้วยเลเซอร์แบบผงเลเซอร์ ความเสียหายจะมากหรือน้อยสามารถซ่อมแซมได้อย่างรวดเร็วและแทบไม่มีรอยเลย การเปลี่ยนแปลงการออกแบบก็สามารถทำได้เช่นกัน ซึ่งช่วยประหยัดเวลา พลังงาน และวัสดุ โดยเฉพาะโลหะราคาแพงอย่างนิเกิลหรือไททาเนียมก็ค่อนข้างคุ้มค่า ตัวอย่างการใช้งานทั่วไป ได้แก่ ใบพัดกังหัน ลูกสูบ วาล์ว เพลา หรือแม่พิมพ์ต่างๆ

การรักษาด้วยความร้อนด้วยเลเซอร์

เลเซอร์ขนาดเล็กจิ๋ว (VCSEL) หลายพันชิ้นติดตั้งอยู่บนชิปตัวเดียว ตัวส่งสัญญาณแต่ละตัวมีชิปดังกล่าว 56 ตัว ในขณะที่โมดูลประกอบด้วยตัวส่งสัญญาณหลายตัว พื้นที่การแผ่รังสีสี่เหลี่ยมสามารถบรรจุไมโครเลเซอร์ได้หลายล้านตัวและสามารถส่งออกพลังงานเลเซอร์อินฟราเรดได้หลายกิโลวัตต์

VCSEL สร้างลำแสงใกล้อินฟราเรดที่มีความเข้มของการแผ่รังสี 100 วัตต์/ซม.² โดยการใช้ลำแสงสี่เหลี่ยมขนาดใหญ่ที่มีทิศทางตัดขวาง โดยหลักการแล้วเทคโนโลยีนี้เหมาะสำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรมทั้งหมดที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิและพื้นผิวที่แม่นยำอย่างยิ่ง

โมดูลการรักษาความร้อนด้วยเลเซอร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานทำความร้อนในพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ต้องการความแม่นยำและความยืดหยุ่น เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการทำความร้อนแบบทั่วไป กระบวนการทำความร้อนใหม่นี้ให้ความยืดหยุ่น ความแม่นยำ และประหยัดต้นทุนในระดับที่สูงกว่า

เทคโนโลยีนี้สามารถใช้ในการปิดผนึกเซลล์ที่บรรจุถุงเพื่อป้องกันไม่ให้ฟอยล์เกิดรอยยับ ซึ่งจะช่วยยืดอายุของเซลล์ได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น ฟอยล์เซลล์แห้ง การเคลือบแผงโซลาร์เซลล์ด้วยแสง และการรักษาที่แม่นยำของพื้นที่ที่จะให้ความร้อนสำหรับวัสดุเฉพาะ เช่น เหล็กและเวเฟอร์ซิลิคอน

การขัดด้วยเลเซอร์

กลไกของเทคโนโลยีการขัดด้วยเลเซอร์คือการหลอมละลายที่ผิวแคบและพื้นผิวทับฟิวชั่น โดยอาศัยการหลอมพื้นผิวใหม่และการแข็งตัวใหม่ของชั้นที่หลอมด้วยเลเซอร์ เมื่อพื้นผิวโลหะถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ที่มีพลังงานสูงเพียงพอ พื้นผิวจะต้องผ่านการหลอมใหม่และการกระจายตัวใหม่ในระดับหนึ่ง และพื้นผิวเรียบได้มาจากความเค้นดึงพื้นผิวและแรงโน้มถ่วงก่อนที่จะแข็งตัว

ความหนาทั้งหมดของชั้นหลอมเหลวน้อยกว่าความสูงจากรางถึงจุดสูงสุด จึงทำให้โลหะหลอมเหลวทั้งหมดเติมลงในรางใกล้เคียงได้ แรงผลักดันของการเติมนี้คือเอฟเฟกต์ของเส้นเลือดฝอย ในขณะที่ชั้นหลอมเหลวที่หนาขึ้นจะเหนี่ยวนำให้เกิดโลหะเหลว ไหลออกจากศูนย์กลางของบ่อหลอม แรงผลักดันในการกระจายใหม่คือเทอร์โมแคปิลลารีหรือมาร์โคนีเอฟเฟกต์

ตัวอย่างการใช้งาน เช่น เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นวัสดุสำหรับส่วนประกอบทางแสงของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่และน้ำหนักเบา (โดยเฉพาะกระจกขนาดใหญ่และรูปทรงซับซ้อน) RB-SiC ซึ่งเป็นวัสดุเฟสซับซ้อนที่มีความแข็งสูงโดยทั่วไปมีความยากและไม่มีประสิทธิภาพ เทคนิคการขัดพื้นผิวอย่างแม่นยำ ด้วยการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของ RB-SiC ที่เคลือบไว้ล่วงหน้าด้วยผง Si ด้วยเลเซอร์ femtosecond ทำให้พื้นผิวแสงที่มีความหยาบของพื้นผิว Sq 4.45 นาโนเมตรสามารถรับได้หลังจากการขัดเพียง 4.5 ชั่วโมง ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการขัดเงาได้มากกว่าสามเท่าเมื่อเทียบกับ การบดและขัดโดยตรง การขัดด้วยเลเซอร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการขัดแม่พิมพ์ ลูกเบี้ยว และใบพัดกังหัน

การระเบิดด้วยเลเซอร์

การขัดผิวด้วยเลเซอร์หรือที่เรียกว่าการพ่นด้วยเลเซอร์นั้นเป็นการฉายรังสีที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง มีโฟกัสสูง การฉายรังสีแบบพัลส์สั้น (แล=1053 นาโนเมตร) ของพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะ พื้นผิวโลหะ (หรือชั้นการดูดซับ) ใน ความหนาแน่นพลังงานสูงของบทบาทของเลเซอร์ในการก่อตัวของการระเบิดในพลาสมาทันที การระเบิดของคลื่นกระแทกในข้อ จำกัด บนชั้นขอบเขตของชิ้นส่วนโลหะภายในการถ่ายโอนเพื่อให้ชั้นผิวของธัญพืชทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกแบบอัดในพื้นผิว ชั้นของชิ้นส่วนในช่วงที่หนาขึ้น รับแรงอัดที่เหลือ การปรับแต่งเกรน และผลกระทบอื่นๆ ในการเสริมความแข็งแรงของพื้นผิว เมื่อเปรียบเทียบกับการระเบิดด้วยเครื่องจักรแบบดั้งเดิมมีข้อดีดังต่อไปนี้

1. ทิศทางที่แข็งแกร่ง: เลเซอร์ทำหน้าที่บนพื้นผิวโลหะในมุมที่ควบคุมโดยมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง ในขณะที่มุมการกระแทกของกระสุนปืนเชิงกลนั้นเป็นแบบสุ่ม

2. แรงขนาดใหญ่: การระเบิดของพลาสมาด้วยเลเซอร์ระเบิดที่เกิดจากความดันทันทีสูงถึงหลาย GPa; ความหนาแน่นของพลังงาน: ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดของผลกระทบจากเลเซอร์ถึงหลายสิบ GW/cm2;

ความสมบูรณ์ของพื้นผิวที่ดี: การกระแทกด้วยเลเซอร์บนพื้นผิวแทบไม่มีผลกระทบต่อการสปัตเตอร์ และหลังจากการขัดผิวด้วยการฉีดด้วยกลไก สัณฐานวิทยาของพื้นผิวจะเสียหายเพื่อสร้างความเข้มข้นของความเครียด

ผลกระทบของเลเซอร์หลังจากค่าความเค้นอัดสูงสุดจะดีกว่า ความเค้นอัดตกค้างที่พื้นผิวเพิ่มขึ้นประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ อายุการใช้งานความล้าของชิ้นงาน ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง และการขึ้นรูปดัด และตัวชี้วัดอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับค่าตัวเลขได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ . ปัจจุบันมีการนำไปใช้ในด้านการรักษาพื้นผิวเครื่องบิน การรักษาพื้นผิวเครื่องยนต์อากาศยาน และอื่นๆ