Há muito tempo a tecnologia laser é conhecida por sua ampla utilização em soldagem, corte e marcação, e é somente nesses dois anos, com a popularização gradual da limpeza a laser, que o conceito de tratamento de superfície a laser se tornou cada vez mais o foco da atenção e apareceu na mente das pessoas. Processamento a laser sem contato, alta flexibilidade, alta velocidade, sem ruído, pequena zona afetada pelo calor sem danos ao substrato, sem consumíveis e baixo carbono ambiental.
O tratamento de superfície a laser, na verdade, tem um grande número de categorias de aplicação além da limpeza a laser, como polimento a laser, revestimento a laser, têmpera a laser e assim por diante. Esses métodos são usados para alterar as propriedades físico-químicas específicas da superfície do material, por exemplo, para tornar a superfície processada em uma função hidrofóbica, ou pulsos de laser para produzir um diâmetro de cerca de 10 mícrons, a profundidade de apenas alguns mícrons de pequenas depressões , como forma de aumentar a rugosidade, melhorar a adesão superficial e assim por diante.
Além da limpeza a laser, você conhece os seguintes tipos de tratamento de superfície a laser?
Endurecimento a Laser
O endurecimento a laser é uma das soluções para usinagem de peças altamente tensionadas e complexas, permitindo que peças com maior desgaste, como eixos de comando e ferramentas de dobra, sejam submetidas a tensões maiores para maior vida útil.
Ele funciona aquecendo a pele de uma peça contendo carbono a uma temperatura ligeiramente abaixo da temperatura de fusão (900 - 1400 grau, 40% da energia irradiada é absorvida), de modo que os átomos de carbono na estrutura metálica sejam reorganizados ( austenitização), e então o feixe de laser aquece a superfície de forma constante na direção de alimentação, e o material ao redor do feixe de laser esfria tão rapidamente à medida que o feixe de laser se move que a estrutura metálica é incapaz de retornar à sua forma original, resultando em martensita, que dá origem a um Isto resulta em martensita e um aumento significativo na dureza.
A profundidade de endurecimento das camadas externas do aço carbono alcançada pelo endurecimento a laser é normalmente de 0,1-1,5 mm e pode ser de 2,5 mm ou mais em alguns materiais. As vantagens sobre os métodos convencionais de endurecimento são:
- A entrada de calor direcionada é limitada a uma área localizada, resultando em praticamente nenhum empenamento da peça durante a usinagem. Os custos de retrabalho são reduzidos ou até mesmo eliminados;
- Endurecimento mesmo em geometrias complexas e componentes de precisão, permitindo o endurecimento preciso de superfícies funcionais localmente restritas que não podem ser endurecidas por métodos convencionais de endurecimento;
- sem distorção. Os processos de endurecimento convencionais produzem distorção devido à maior entrada de energia e têmpera, mas durante o endurecimento a laser a entrada de calor pode ser controlada com precisão devido à tecnologia laser e ao controle de temperatura. O componente permanece praticamente intacto;
- A geometria de dureza do componente pode ser alterada rapidamente e “on the fly”. Isto significa que não há necessidade de converter a óptica/sistema inteiro.
Corte de cabelo a laser
A macroscopia a laser é um dos processos de modificação superficial de materiais metálicos. No processo de estruturação, o laser cria geometrias dispostas regularmente em camadas ou substratos, a fim de direcionar mudanças nas propriedades técnicas e desenvolver novas funções. O processo geralmente envolve o uso de radiação laser (geralmente pulsos curtos de luz laser) para gerar geometrias dispostas regularmente em uma superfície de maneira reprodutível. O feixe de laser derrete o material de maneira controlada e é solidificado na estrutura definida por meio de gerenciamento de processo apropriado.
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Estruturas superficiais hidrofóbicas, por exemplo, permitem que a água flua da superfície. A criação de estruturas submicrométricas em superfícies com lasers pulsados ultracurtos permite que essa propriedade seja realizada e a estrutura a ser criada possa ser controlada com precisão variando os parâmetros do laser. O efeito oposto, por exemplo, superfícies hidrofílicas, também pode ser obtido.
Para pintar painéis automotivos é necessário distribuir uniformemente “micro-covas” na superfície da chapa para melhorar a aderência da tinta. Um feixe de laser pulsado com milhares a dezenas de milhares de pulsos por segundo é focado e então incidente na superfície dos rolos para formar uma pequena poça solúvel na superfície dos rolos no ponto de foco e, ao mesmo tempo, lateralmente. soprando na pequena poça solúvel, de modo que o material fundido na poça solúvel se acumule o máximo possível na poça solúvel de acordo com os requisitos especificados. A borda da formação de abas em forma de arco, essas pequenas abas e micro-covas podem não apenas aumentar a rugosidade da superfície do material para aumentar a adesão da tinta, mas também melhorar a dureza superficial do material para prolongar a vida útil.
Certas propriedades são geradas pela estruturação do laser, como as propriedades de fricção ou a condutividade elétrica e térmica de alguns materiais metálicos. Além disso, a estruturação a laser aumenta a resistência de colagem e a vida útil da peça.
Em comparação com os métodos tradicionais, a estruturação de superfícies a laser é mais ecológica, não necessitando de agentes abrasivos ou químicos adicionais; repetíveis e precisos, os lasers alcançam estruturas controladas que são precisas até o mícron e são muito fáceis de replicar; de baixa manutenção, os lasers não têm contato e, portanto, são absolutamente livres de desgaste em comparação com ferramentas mecânicas de desgaste rápido; e não há necessidade de pós-processamento, sem fusão ou outros resíduos de usinagem deixados na peça processada a laser.
Tratamento de superfície com reflexo a laser
O revenimento a laser é comumente usado em superfícies coloridas a laser, também conhecidas como marcação de cores a laser. O princípio do processo é que quando o laser aquece o material, o metal será aquecido localmente até um pouco abaixo do seu ponto de fusão, nos parâmetros apropriados do processo, neste momento, a estrutura da comporta mudará; na superfície da peça formará uma camada de óxido, esta camada de filme na irradiação de luz, a interferência da luz incidente de modo que uma variedade de cores de têmpera neste momento, a superfície da geração de uma camada de camada de marcação colorida, ao longo sem necessidade de alterar o ângulo de observação, o padrão de marcação será alterado em várias cores diferentes.
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Essas cores permanecem estáveis em temperatura até cerca de 200 graus. Em temperaturas mais altas, a porta é estabilizada em termos de temperatura. Em temperaturas mais altas, o portão retorna ao seu estado original - a marcação desaparece. A qualidade da superfície permanecerá intacta. Um alto grau de segurança e rastreabilidade em aplicações antifalsificação. Além da nova marcação preta com lasers pulsados ultracurtos, ela também é ideal para marcação de produtos e, portanto, para rastreabilidade exclusiva de acordo com a diretiva UDI.
Revestimento a laser
é um processo de fabricação aditiva para materiais híbridos de metal e cermet. Com isso, geometrias 3D podem ser criadas ou modificadas. Usando este método de produção, o laser também pode ser usado para reparo ou revestimento. No setor aeroespacial, a fabricação aditiva é, portanto, utilizada para reparar pás de turbinas.
Na fabricação de ferramentas e moldes, bordas rachadas ou desgastadas e superfícies funcionais moldadas podem ser reparadas ou até mesmo blindadas localmente. Para evitar desgaste e corrosão, os locais dos rolamentos, rolos ou componentes hidráulicos são revestidos com tecnologia energética ou petroquímica. E a manufatura aditiva também é usada na fabricação automotiva. Vários componentes são melhorados aqui.
Na fusão convencional de metal a laser, o feixe de laser primeiro aquece localmente a peça de trabalho e depois forma uma poça fundida. Pó de metal fino é então pulverizado diretamente na poça fundida a partir do bico do cabeçote de processamento a laser. Durante a fusão de metal a laser em alta velocidade, as partículas de pó já são aquecidas quase até a temperatura de fusão acima da superfície do substrato. Como resultado, é necessário menos tempo para derreter as partículas de pó.
O efeito: um aumento significativo na velocidade do processo. Devido ao menor efeito térmico, a fusão de metal a laser em alta velocidade também possibilita o revestimento de materiais muito sensíveis ao calor, como ligas de alumínio e ligas de ferro fundido. Com o processo HS-LMD, altas taxas de superfície de até 1.500 cm²/min podem ser alcançadas em superfícies rotacionalmente simétricas, enquanto taxas de avanço de até várias centenas de metros por minuto podem ser alcançadas.
Peças ou moldes caros podem ser reparados de forma rápida e fácil com revestimento de metal a laser em pó. Danos, grandes ou pequenos, podem ser reparados rapidamente e quase sem marcas. Mudanças de design também são possíveis. Isso economiza tempo, energia e material. Especialmente para metais caros, como níquel ou titânio, vale a pena. Exemplos típicos de aplicações são pás de turbinas, vários pistões, válvulas, eixos ou moldes.
Tratamento térmico a laser
Milhares de lasers em miniatura (VCSELs) são montados em um único chip. Cada emissor está equipado com 56 desses chips, enquanto um módulo consiste em vários emissores. A área de radiação retangular pode conter milhões de microlasers e produzir vários quilowatts de potência do laser infravermelho.
Os VCSELs geram feixes de infravermelho próximo com intensidade de radiação de 100 W/cm² por meio de uma grande seção transversal de feixe retangular direcional. Em princípio, esta tecnologia é adequada para todos os processos industriais que requerem um controle extremamente preciso da superfície e da temperatura.
Os módulos de tratamento térmico a laser são particularmente adequados para aplicações de aquecimento de grandes áreas onde precisão e flexibilidade são necessárias. Comparado aos métodos de aquecimento convencionais, este novo processo de aquecimento oferece um maior grau de flexibilidade, precisão e economia de custos.
A tecnologia pode ser usada para selar bolsas de células de bateria, evitando que a folha de alumínio enrugue e prolongando assim a vida útil da bateria. Também pode ser usado em aplicações como secagem de folhas de células, fotoimpregnação de painéis solares e tratamento preciso da área a ser aquecida com materiais específicos, como aço e pastilhas de silício.
Polimento a Laser
O mecanismo da tecnologia de polimento a laser é o estreitamento da superfície e a sobrefusão da superfície, que depende da refusão da superfície e da re-solidificação da camada refundida a laser. Quando uma superfície metálica é irradiada por um laser com energia suficientemente alta, a superfície sofre um certo grau de refusão, redistribuição e superfícies lisas são alcançadas pela tensão de tração superficial e pela gravidade antes da solidificação.
Toda a espessura da camada de fusão é menor que a altura do vale ao pico, permitindo assim que todo o metal fundido preencha os vales próximos, um enchimento impulsionado pelo efeito capilar, enquanto uma camada de fusão mais espessa induz o metal líquido a fluir para fora. do centro da poça de fusão, impulsionado pelo efeito termocapilar ou efeito Marconi, que permite sua redistribuição.
Exemplos de aplicação, como cerâmica de carboneto de silício, o material para ópticas leves de grandes telescópios (especialmente espelhos grandes e de formato complexo). RB-SiC, como um material típico de alta dureza e fase complexa, é tecnicamente difícil de polir com precisão de superfície com baixa eficiencia. Ao modificar a superfície do RB-SiC pré-revestido com pó de Si por laser de femtosegundo, uma superfície óptica com rugosidade superficial Sq de 4,45 nm pode ser obtida após apenas 4,5 horas de polimento, o que melhora a eficiência do polimento em mais de três vezes em comparação com moagem e polimento direto. O polimento a laser também é amplamente utilizado no polimento de moldes, cames e pás de turbinas.
Peening a laser
O peening de impacto a laser, também conhecido como peening a laser, é uma irradiação de laser de pulso curto (λ=1053nm) de alta densidade de energia, alto foco e da superfície das peças metálicas, superfície metálica (ou camada de absorção) no alta densidade de potência do laser sob a ação da formação instantânea da explosão de plasma, a explosão da onda de choque nas restrições da camada delimitadora da camada delimitadora da transferência interna das peças metálicas, de modo que a camada superficial de os grãos para produzir deformação plástica compressiva nas partes da camada superficial de uma faixa mais espessa de Obter tensão de compressão residual, refinamento de grãos e outros efeitos de reforço de superfície. Comparado com o jateamento mecânico tradicional tem as seguintes vantagens:
- Direcionalidade forte: o laser atua na superfície do metal em um ângulo controlado, alta eficiência de conversão de energia, enquanto o ângulo de impacto do projétil mecânico é aleatório;
- Grande força: explosão de plasma a laser gerada pela pressão instantânea de até vários GPa; densidade de potência: densidade de potência de pico de impacto do laser de algumas a dezenas de GW/cm2;
- Boa integridade da superfície: o impacto do laser na superfície quase não tem efeito de pulverização catódica, enquanto o shot peening mecânico, a morfologia da superfície é danificada para produzir concentração de tensão.
O impacto do laser após o valor máximo da tensão de compressão ser melhor, a tensão de compressão residual da superfície aumentou cerca de 40% a 50%, a vida útil da peça de trabalho, a resistência a altas temperaturas e moldagem por flexão e outros indicadores relacionados de valor numérico foram significativamente melhorados . Atualmente tem sido aplicado na área de tratamento de superfície de aeronaves, tratamento de superfície de motores aeronáuticos e assim por diante. Traduzido com www.DeepL.com/Translator (versão gratuita)
