Die Lasertechnologie ist seit langem für ihren umfangreichen Einsatz beim Schweißen, Schneiden und Markieren bekannt, und erst in diesen zwei Jahren, mit der allmählichen Popularisierung der Laserreinigung, hat sich das Konzept der Laseroberflächenbehandlung immer mehr durchgesetzt in den Fokus der Aufmerksamkeit und tauchte in den Köpfen der Menschen auf. Berührungslose Laserbearbeitung, hohe Flexibilität, hohe Geschwindigkeit, kein Lärm, kleine Wärmeeinflusszone ohne Beschädigung des Substrats, keine Verbrauchsmaterialien und umweltfreundlich.
Laser-OberflächenbehandlungTatsächlich gibt es neben der Laserreinigung sehr viele Anwendungskategorien wie Laserpolieren, Laserauftragsschweißen, Laserabschrecken usw. Diese Methoden werden verwendet, um die spezifischen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Materialoberfläche zu verändern, beispielsweise um die Oberfläche in eine hydrophobe Funktion zu verwandeln, oder um mit Laserimpulsen kleine Vertiefungen mit einem Durchmesser von etwa 10 Mikrometern und einer Tiefe von nur wenigen Mikrometern zu erzeugen , um die Rauheit zu erhöhen, die Oberflächenhaftung zu verbessern usw.
Zusätzlich zuLaserreinigung, kennen Sie folgende Arten der Laser-Oberflächenbehandlung?
Laserabschreckung
Laserhärten ist eine Lösung für die Bearbeitung hochbeanspruchter und komplexer Bauteile und ermöglicht eine höhere Beanspruchung und längere Lebensdauer von Teilen mit hohem Verschleiß, wie Nockenwellen und Biegewerkzeugen.
Dabei wird die Haut eines kohlenstoffhaltigen Werkstücks auf eine Temperatur leicht unter der Schmelztemperatur (900 - 1400 Grad, 40 Prozent der eingestrahlten Leistung wird absorbiert) erhitzt, sodass die Kohlenstoffatome im Metallgitter neu angeordnet werden ( Austenitisierung) und dann erhitzt der Laserstrahl die Oberfläche in Vorschubrichtung stetig und das Material um den Laserstrahl herum kühlt bei der Bewegung des Laserstrahls so schnell ab, dass das Metallgitter nicht mehr in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann, was zur Folge hat Martensit, was zu einer Martensitbildung und einem deutlichen Anstieg der Härte führt.
Die durch Laserhärten erreichte Härtungstiefe der äußeren Schichten von Kohlenstoffstahl beträgt typischerweise 0,1-1,5 mm und kann bei einigen Materialien 2,5 mm oder mehr betragen. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Härtemethoden sind:
1. Der gezielte Wärmeeintrag ist auf einen lokalen Bereich begrenzt, was zu praktisch keinem Bauteilverzug während der Bearbeitung führt. Nacharbeitskosten werden reduziert oder entfallen sogar ganz;
2. Härten auch an komplexen Geometrien und Präzisionsbauteilen, was eine präzise Härtung lokal begrenzter Funktionsflächen ermöglicht, die mit herkömmlichen Härteverfahren nicht gehärtet werden können;
ohne Verzerrung. Bei herkömmlichen Härteverfahren kommt es aufgrund des höheren Energieeintrags und des Abschreckens zu Verzügen. Beim Laserhärten lässt sich der Wärmeeintrag jedoch dank Lasertechnologie und Temperaturführung präzise steuern. Das Bauteil bleibt nahezu makellos;
Die Härtegeometrie des Bauteils lässt sich schnell und „on the fly“ ändern. Dadurch entfällt der Umbau der Optik/Gesamtanlage.
LHaarigkeit
Das Lasergrobschneiden ist eines der Verfahrenswerkzeuge zur Oberflächenmodifizierung metallischer Werkstoffe. Beim Strukturierungsprozess erzeugt der Laser regelmäßig angeordnete Geometrien in Schichten oder Substraten, um gezielt technische Eigenschaften zu verändern und neue Funktionen zu entwickeln. Bei dem Verfahren werden in der Regel mittels Laserstrahlung (meist kurze Laserlichtimpulse) regelmäßig angeordnete Geometrien auf einer Oberfläche reproduzierbar erzeugt. Der Laserstrahl schmilzt das Material kontrolliert auf und verfestigt sich durch entsprechende Prozessführung zur definierten Struktur.
Beispielsweise ermöglichen hydrophobe Oberflächenstrukturen das Abfließen von Wasser von der Oberfläche. Durch die Erzeugung von Strukturen im Submikrometerbereich auf Oberflächen mit ultrakurzgepulsten Lasern lässt sich diese Eigenschaft realisieren und die zu erzeugende Struktur durch Variation der Laserparameter präzise steuern. Auch der gegenteilige Effekt, z. B. hydrophile Oberflächen, ist realisierbar.
Um Autopaneele zu lackieren, müssen Sie auf der Oberfläche der dünnen Platte eine gleichmäßige Verteilung von „Mikrolöchern“ erzeugen, um die Haftung des Lacks zu verbessern. Dabei werden tausende bis zehntausende Male pro Sekunde gepulste Laserstrahlen fokussiert, die auf die Oberfläche der Walze auftreffen auf der Walze, im Fokussierungspunkt an der Walzenoberfläche, um einen kleinen löslichen Pool zu bilden, gleichzeitig auf der Seite des mikrolöslichen Pools blasend, so dass der lösliche Pool aus geschmolzenem Material entsprechend den spezifizierten Anforderungen so viel wie möglich ist mögliche Ansammlung am Pool! Der Rand der Bildung bogenförmiger Laschen, dieser kleinen Laschen und Mikrogruben kann nicht nur die Rauheit der Materialoberfläche verbessern, um die Haftung von Farbe zu erhöhen, sondern auch die Oberflächenhärte des Materials verbessern, um die Lebensdauer zu verlängern.
Durch die Laserstrukturierung werden bestimmte Eigenschaften erzeugt, beispielsweise die Reibungseigenschaften oder die elektrische und thermische Leitfähigkeit einiger metallischer Werkstoffe. Darüber hinaus erhöht die Laserstrukturierung die Verbindungsfestigkeit und Lebensdauer des Werkstücks.
Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ist die Laserstrukturierung von Oberflächen umweltfreundlicher und erfordert keine zusätzlichen Strahlmittel oder Chemikalien; Wiederholbar und präzise ermöglichen Laser kontrollierte Strukturen, die auf den Mikrometer genau sind und sich sehr einfach reproduzieren lassen. wartungsarm, Laser sind berührungslos und daher im Vergleich zu schnell verschleißenden mechanischen Werkzeugen absolut verschleißfrei; und es ist keine Nachbearbeitung erforderlich, da keine Schmelzen oder andere Bearbeitungsrückstände auf dem laserbearbeiteten Teil zurückbleiben.
Laserblendendes Oberflächenfinish
Das Laserhärten wird üblicherweise bei der Laser-Blendoberflächenbehandlung, auch Laser-Farbmarkierung genannt, eingesetzt. Das Prinzip des Prozesses besteht darin, dass der Laser das Material erhitzt und das Metall lokal auf etwas unter seinen Schmelzpunkt erhitzt. Bei entsprechenden Prozessparametern ändert sich zu diesem Zeitpunkt die Struktur des Gates. In der Oberfläche des Werkstücks bildet sich eine Oxidschicht, diese Filmschicht wird bei der Lichtbestrahlung und dem einfallenden Licht interferiert, so dass zu diesem Zeitpunkt eine Vielzahl von Temperfarben entsteht und die Oberfläche der Schicht durch diese Schicht eine bunte Markierungsschicht erzeugt. Da der Betrachtungswinkel nicht geändert werden muss, wird das Markierungsmuster aus einer Vielzahl verschiedener Farben geändert.
Diese Farben bleiben bis ca. 30 °C temperaturstabil. 200 Grad. Bei höheren Temperaturen kehrt das Tor in seinen ursprünglichen Zustand zurück – die Markierung verschwindet. Die Oberflächenqualität bleibt erhalten. Bei Fälschungsschutzanwendungen wird ein hohes Maß an Sicherheit und Rückverfolgbarkeit erreicht. Neben der neuen Schwarzmarkierung mit Ultrakurzpulslasern, die sich in den letzten Jahren im Bereich der Medizintechnik etabliert hat, eignet sie sich auch hervorragend zur Produktkennzeichnung und damit zur eindeutigen Rückverfolgbarkeit gemäß UDI-Richtlinie.
Laserschmelzen
Es handelt sich um ein additives Fertigungsverfahren, das für Metall- und Metall-Keramik-Hybridmaterialien geeignet ist. Damit können 3D-Geometrien erstellt oder verändert werden. Bei dieser Produktionsmethode können Laser auch zur Reparatur oder Beschichtung eingesetzt werden. So wird in der Luft- und Raumfahrtbranche die additive Fertigung zur Reparatur von Turbinenschaufeln eingesetzt.
Im Werkzeug- und Formenbau können rissige oder abgenutzte Kanten und geformte Funktionsflächen repariert oder sogar lokal gepanzert werden. Um Verschleiß und Korrosion vorzubeugen, werden in der Energietechnik oder Petrochemie Lagerstellen, Rollen oder Hydraulikkomponenten beschichtet. Auch im Automobilbau kommt die additive Fertigung zum Einsatz. Hier werden zahlreiche Komponenten modifiziert.
Beim konventionellen Laser-Metallauftragschweißen erhitzt der Laserstrahl das Werkstück zunächst lokal und bildet dann ein Schmelzbad. Anschließend werden feine Metallpulver aus der Düse des Laserbearbeitungskopfes direkt in das Schmelzbad gesprüht. Beim Hochgeschwindigkeits-Lasermetallschmelzen werden die Pulverpartikel bereits über der Substratoberfläche nahezu auf Schmelztemperatur erhitzt. Dadurch wird weniger Zeit zum Schmelzen der Pulverpartikel benötigt.
Der Effekt: eine deutliche Steigerung der Prozessgeschwindigkeit. Aufgrund geringerer thermischer Effekte ist es mit dem Hochgeschwindigkeits-Lasermetallschmelzen auch möglich, sehr hitzeempfindliche Materialien wie Aluminiumlegierungen und Gusseisenlegierungen zu beschichten. Mit dem HS-LMD-Verfahren können hohe Oberflächengeschwindigkeiten von bis zu 1500 cm²/min auf rotationssymmetrischen Oberflächen erreicht werden, während Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu mehreren hundert Metern pro Minute realisiert werden können.
Teure Teile oder Formen können durch Laser-Pulverlaser-Metallauftragschweißen schnell und einfach repariert werden. Schäden, ob groß oder klein, können schnell und nahezu spurlos repariert werden. Auch Designänderungen sind möglich. Das spart Zeit, Energie und Material. Gerade bei teuren Metallen wie Nickel oder Titan lohnt es sich durchaus. Typische Anwendungsbeispiele sind Turbinenschaufeln, verschiedene Kolben, Ventile, Wellen oder Formen.
Laserwärmebehandlung
Tausende Miniaturlaser (VCSELs) sind auf einem einzigen Chip montiert. Jeder Emitter ist mit 56 solcher Chips ausgestattet, während ein Modul aus mehreren Emittern besteht. Die rechteckige Strahlungsfläche kann Millionen von Mikrolasern enthalten und mehrere Kilowatt Infrarot-Laserleistung abgeben.
VCSELs erzeugen mittels eines großen, gerichteten rechteckigen Strahlquerschnitts Nahinfrarotstrahlen mit einer Strahlungsintensität von 100 W/cm². Prinzipiell eignet sich diese Technologie für alle industriellen Prozesse, die eine äußerst präzise Oberflächen- und Temperaturkontrolle erfordern.
Laser-Wärmebehandlungsmodule eignen sich besonders für großflächige Erwärmungsanwendungen, bei denen Präzision und Flexibilität erforderlich sind. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizmethoden bietet dieses neue Heizverfahren ein höheres Maß an Flexibilität, Präzision und Kosteneinsparungen.
Mithilfe der Technologie können verpackte Zellen versiegelt werden, um Faltenbildung in der Folie zu verhindern und so die Lebensdauer der Zellen zu verlängern. Es kann auch in Anwendungen wie dem Trocknen von Zellfolien, der leichten Imprägnierung von Solarmodulen und der präzisen Behandlung des zu erwärmenden Bereichs für bestimmte Materialien wie Stahl- und Siliziumwafer eingesetzt werden.
Laserpolieren
Der Mechanismus vonLaserpoliertechnologieist eine Oberflächen-Narrow-Fusion und eine Surface-Over-Fusion, die auf dem Umschmelzen der Oberfläche und der erneuten Verfestigung der laserumgeschmolzenen Schicht beruht. Wenn eine Metalloberfläche von einem Laser mit ausreichend hoher Energie bestrahlt wird, erfährt die Oberfläche ein gewisses Maß an Umschmelzen und Umverteilung, und durch Oberflächenzugspannungen und Schwerkraft werden vor der Erstarrung glatte Oberflächen erzielt.
Die Gesamtdicke der Schmelzschicht ist geringer als die Höhe von Wanne zu Spitze, sodass das gesamte geschmolzene Metall die nahegelegenen Wannen füllen kann. Die treibende Kraft für diese Füllung ist der Kapillareffekt, während eine dickere Schmelzschicht das flüssige Metall induziert vom Zentrum des Schmelzbades nach außen fließen, wobei die treibende Kraft für die Umverteilung der Thermokapillareffekt oder Marconi-Effekt ist.
Anwendungsbeispiele sind Siliziumkarbidkeramik, das Material für leichte und große optische Teleskopkomponenten (insbesondere große und komplex geformte Spiegel). RB-SiC ist als typisches Material mit hoher Härte und komplexer Phase schwierig und ineffizient Technik zum Präzisionspolieren von Oberflächen. Durch die Modifizierung der Oberfläche von mit Si-Pulver vorbeschichtetem RB-SiC durch einen Femtosekundenlaser kann nach nur 4,5 Stunden Polieren eine optische Oberfläche mit einer Oberflächenrauheit Sq von 4,45 nm erhalten werden, was die Poliereffizienz im Vergleich zu um mehr als das Dreifache verbessert direktes Schleifen und Polieren. Laserpolieren wird auch häufig beim Polieren von Formen, Nocken und Turbinenschaufeln eingesetzt.
Laserstrahlen
Beim Laser-Schlagstrahlen, auch Laserstrahlen genannt, handelt es sich um die Bestrahlung der Oberfläche von Metallteilen, des Oberflächenmetalls (oder der Absorptionsschicht) mit hoher Energiedichte und hohem Fokus mit einem Kurzpulslaser (λ=1053 nm). Die hohe Leistungsdichte des Lasers spielt eine Rolle bei der sofortigen Bildung der Plasmaexplosion und die Explosion der Stoßwelle in den Zwängen der Grenzschicht der Metallteile im Inneren, so dass die Oberflächenschicht der Körner eine kompressive plastische Verformung in der Oberfläche erzeugt Schicht der Teile in einem dickeren Bereich Erzielen Sie Restdruckspannung, Kornverfeinerung und andere Oberflächenverstärkungseffekte. Im Vergleich zum herkömmlichen mechanischen Kugelstrahlen ergeben sich folgende Vorteile
1. Starke Direktionalität: Der Laser wirkt in einem kontrollierten Winkel mit hoher Energieumwandlungseffizienz auf die Metalloberfläche, während der mechanische Auftreffwinkel des Projektils zufällig ist.
2. Große Kraft: Laserstrahl-Plasmastoß, erzeugt durch den momentanen Druck von bis zu mehreren GPa; Leistungsdichte: Die Spitzenleistungsdichte des Lasereinschlags erreicht mehrere Dutzend GW/cm2;
Gute Oberflächenintegrität: Der Lasereinschlag auf die Oberfläche führt nahezu zu keinem Sputtereffekt, und nach dem mechanischen Kugelstrahlen wird die Oberflächenmorphologie beschädigt, was zu Spannungskonzentrationen führt.
Der Lasereinschlag nach Erreichen des maximalen Druckspannungswerts ist besser, die Oberflächeneigendruckspannung ist um etwa 40 bis 50 Prozent gestiegen, die Ermüdungslebensdauer des Werkstücks, die Beständigkeit gegen Hochtemperatur- und Biegeformen sowie andere damit verbundene Indikatoren mit numerischem Wert wurden erheblich verbessert . Derzeit wird es im Bereich der Oberflächenbehandlung von Flugzeugen, Flugzeugtriebwerken usw. eingesetzt.
