מזה זמן רב, טכנולוגיית הלייזר ידועה בשימוש הנרחב שלה בריתוך, חיתוך וסימון. בשנתיים האחרונות, עם הפופולריות ההדרגתית של ניקוי לייזר, הרעיון של טיפול משטחי לייזר הפך יותר ויותר למוקד תשומת הלב של אנשים והופיע במוחם של אנשים. עיבוד הלייזר הוא ללא מגע, גמיש ביותר, מהיר ונטול רעש, עם אזור קטן מושפע חום וללא נזק למצע, ללא חומרים מתכלים וידידותי לסביבה ודל פחמן.
בנוסף לניקוי בלייזר, לטיפול משטחי לייזר יש למעשה קטגוריות יישום רבות, כגון ליטוש לייזר, חיפוי לייזר, מרווה בלייזר וכו'. שיטות אלו משמשות לשינוי תכונות פיזיקליות וכימיות ספציפיות של משטח החומר, כגון ביצוע תהליך פני השטח הידרופובי, או שימוש בפולסי לייזר ליצירת שקעים קטנים בקוטר של כ-10 מיקרון ועומק של כמה מיקרונים בלבד, כדי להגביר את החספוס ולשפר את הידבקות פני השטח.
בנוסף לניקוי בלייזר, האם אתה מכיר את שיטות הטיפול במשטח הלייזר הבאות?
01. מרווה בלייזר
מרווה בלייזר הוא אחד הפתרונות לעיבוד חלקים מורכבים במתח גבוה. זה יכול לגרום לחלקים עם בלאי גבוה כמו גלי זיזים וכלי כיפוף לעמוד בלחץ גבוה יותר ולהאריך חיים.
העיקרון שלו הוא לארגן מחדש את אטומי הפחמן בסריג המתכת (עיבוי) על ידי חימום פני השטח של חומר העבודה המכיל פחמן עד מעט מתחת לטמפרטורת ההיתוך (900-1400 מעלה 40% מעוצמת הקרינה נספגת), ואז קרן הלייזר מחממת את פני השטח ביציבות לאורך כיוון ההזנה. כאשר קרן הלייזר נעה, החומר שמסביב מתקרר במהירות, וסריג המתכת אינו יכול לחזור לצורתו המקורית, ובכך מייצר מרטנזיט, אשר מגביר משמעותית את הקשיות.
עומק ההתקשות של השכבה החיצונית של פלדת פחמן המושגת על ידי התקשות לייזר הוא בדרך כלל 0.1-1.5 מ"מ, ויכול להיות 2.5 מ"מ או יותר בחומרים מסוימים. בהשוואה לשיטות מרווה מסורתיות, היתרונות שלה הם:
1. כניסת החום למטרה מוגבלת לאותו אזור, כך שאין כמעט עיוות של רכיב במהלך העיבוד. עלויות העיבוד מחדש מופחתות או אפילו מבוטלות לחלוטין:
2. זה יכול גם להתקשות על משטחים גיאומטריים מורכבים וחלקים מדויקים, ויכול להשיג התקשות מדויקת של משטחים פונקציונליים מוגבלים מקומית שאינם ניתנים להרווה בשיטות מרווה מסורתיות:
3. אין עיוות. תהליכי התקשות מסורתיים מייצרים עיוותים עקב הזנת אנרגיה גבוהה יותר ומרווה, אך בתהליכי התקשות לייזר ניתן לשלוט במדויק על כניסת החום הודות לטכנולוגיית לייזר ובקרת טמפרטורה. הרכיב נשאר כמעט במצבו המקורי:
4. ניתן לשנות את גיאומטריית הקשיות של הרכיב "מיידית". זה אומר שאין צורך להמיר אופטיקה/כל המערכת.
02. טקסטורת לייזר
מרקם לייזר הוא אחד מאמצעי התהליך לשינוי פני השטח של חומרי מתכת. במהלך תהליך המבנה, הלייזר יוצר גיאומטריות מסודרות באופן קבוע בשכבה או במצע על מנת לשנות את המאפיינים הטכניים באופן ממוקד ולפתח פונקציות חדשות. התהליך הוא בערך להשתמש בקרינת לייזר (בדרך כלל לייזרים עם דופק קצר) כדי ליצור גיאומטריות מסודרות באופן קבוע על פני השטח באופן שניתן לשחזר. קרן הלייזר ממיסה את החומר בצורה מבוקרת ומתמצקת למבנה מוגדר באמצעות ניהול תהליך מתאים.
לדוגמה, מבנה משטח הידרופובי מאפשר למים לזרום מעל פני השטח. ניתן להשיג תכונה זו על ידי יצירת מבנים תת-מיקרוניים על פני השטח עם לייזרים דופק אולטרה קצר, וניתן לשלוט במדויק על המבנה שייווצר על ידי שינוי פרמטרי הלייזר. ניתן להשיג גם אפקט הפוך, כגון משטח הידרופילי:
עבור צביעת לוחות רכב, "מיקרו בורות" חייב להיות מופץ באופן שווה על פני השטח של הצלחת הדקה כדי לשפר את הידבקות הצבע. קרן לייזר פועמת בתדירות של אלפי עד עשרות אלפי פעמים בשנייה ממוקדת ונכנסת למשטח הגליל. בריכת היתוך זעירה נוצרת על פני השטח המתגלגלים בנקודת המיקוד. במקביל, מפריחים את בריכת ההיתוך הזעירה הצידה על מנת לאפשר להיתוך בבריכת ההיתוך להצטבר כמה שיותר עד לקצה בריכת ההיתוך בהתאם לדרישות המפורטות ליצירת בוס בצורת קשת. הבוסים הקטנים והמיקרו-בורות הללו יכולים לא רק להגביר את החספוס של משטח החומר ולהגביר את הידבקות הצבע, אלא גם להגדיל את קשיות פני השטח של החומר ולהאריך את חיי השירות.
מאפיינים מסוימים נוצרים על ידי מבנה לייזר, כגון מאפייני החיכוך או מוליכות חשמלית ותרמית של חלק מחומרי מתכת. בנוסף, מבנה לייזר מגדיל גם את חוזק ההדבקה ואת חיי השירות של חומר העבודה.
שוישאנג בוגאנג
בהשוואה לשיטות מסורתיות, מבנה לייזר משטח ידידותי יותר לסביבה ואינו דורש חומרי התזת חול או כימיקלים נוספים: הלייזר ניתן לחזרה ומדויק, משיג מבנה מבוקר מדויק עד מיקרונים וקל מאוד לשכפול: תחזוקה נמוכה, בהשוואה לכלים מכניים אשר נלבש מהר, הלייזר אינו מגע ולכן נטול שחיקה לחלוטין: אין צורך בעיבוד לאחר, ולא נותרו התכה או שאריות עיבוד אחרות על החלקים שעברו עיבוד בלייזר.
03. טיפול משטח צבעוני בלייזר
טמפרור לייזר משמש לעתים קרובות בטיפול משטח צבעוני בלייזר, הידוע גם בשם סימון צבע בלייזר. עקרון התהליך הוא שכאשר הלייזר מחמם את החומר, המתכת מתחממת עד מעט מתחת לנקודת ההיתוך שלה. תחת פרמטרי תהליך מתאימים, מבנה השער ישתנה: שכבת תחמוצת תיווצר על פני השטח של חומר העבודה. כאשר הסרט הזה נחשף לאור, האור הנכנס מפריע לגרום לצבעים שונים להופיע בזמן זה. שכבת הסימון הצבעונית שנוצרת על פני השטח משתנה עם זוויות ראייה שונות. תבנית הסימן תשתנה גם לצבעים שונים. צבעים אלו נשארים יציבים בטמפרטורות של עד כ-200 "C. בטמפרטורות גבוהות יותר, השער יחזור למצבו ההתחלתי-הסימון נעלם. איכות פני השטח תישמר לחלוטין. יש לו רמה גבוהה של אבטחה ועקיבות באנטי- יישומי זיוף בשנים האחרונות, נעשה בו שימוש בוגר בתחום הטכנולוגיה הרפואית בנוסף לסימון השחור החדש על ידי לייזרים דופק אולטרה קצר, הוא גם מתאים מאוד לזיהוי מוצר, ובכך משיג עקיבות ייחודית לפי הוראת UDI.
04. חיפוי בלייזר
זהו תהליך ייצור תוסף המתאים לחומרים היברידיים מתכת ומתכת-קרמית. ניתן להשתמש בזה כדי ליצור או לשנות גיאומטריות תלת מימדיות. ניתן להשתמש בלייזר גם לתיקון או ציפוים בשיטת ייצור זו. בתחום התעופה והחלל, נעשה אפוא שימוש בייצור תוסף לתיקון להבי טורבינה.
בייצור כלים ומוות, ניתן לתקן קצוות שבורים או בלויים ומשטחים פונקציונליים מעוצבים או אפילו לשריון. בטכנולוגיית אנרגיה או פטרוכימיה, מיסבים, רולים או רכיבים הידראוליים מצופים כדי להגן מפני בלאי וקורוזיה. ייצור תוסף משמש גם בבניית רכב. מספר רב של רכיבים משתנים כאן.
בתצהיר מתכת לייזר קונבנציונלי, קרן הלייזר מחממת תחילה את חומר העבודה באופן מקומי ולאחר מכן יוצרת בריכה מותכת. לאחר מכן מרוססת אבקת מתכת עדינה ישירות לתוך הבריכה המותכת מהזרבובית של ראש עיבוד הלייזר. בתצהיר מתכת בלייזר במהירות גבוהה, חלקיקי האבקה כבר מחוממים כמעט לטמפרטורת ההיתוך מעל פני המצע. לכן, נדרש פחות זמן כדי להמיס את חלקיקי האבקה.
ההשפעה: מהירות תהליך מוגברת משמעותית. בשל ההשפעות התרמיות המופחתות, חומרים רגישים מאוד לחום כגון סגסוגות אלומיניום וסגסוגות ברזל יצוק יכולים להיות מצופים גם באמצעות שקיעת מתכת בלייזר במהירות גבוהה. ניתן להשיג מהירויות משטח גבוהות של עד 1500 סל"ד על משטחים סימטריים סיבובית באמצעות תהליך HS-LMD. ס"מ/דקה במקביל, מושגות מהירויות הזנה של עד כמה מאות מטרים לדקה.
תיקון רכיבים או תבניות יקרים במהירות ובקלות באמצעות שקיעת אבקת לייזר. נזקים בכל הגדלים ניתנים לתיקון מהיר וכמעט מבלי להשאיר סימן. גם שינויים עיצוביים אפשריים. זה חוסך זמן, אנרגיה וחומר. זה כדאי במיוחד עבור מתכות יקרות כמו ניקל או טיטניום. דוגמאות ליישום אופייניות הן להבי טורבינה, בוכנות שונות, שסתומים, פירים או תבניות.
05. טיפול בחום בלייזר
אלפי לייזרים מיקרו (VCSELs) מותקנים על שבב בודד. כל פולט מצויד ב-56 שבבים כאלה, ומודול מורכב ממספר פולטים. שדה הקרינה המלבני יכול להכיל מיליוני מיקרו לייזרים ויכול להפיק כמה קילוואט של כוח לייזר אינפרא אדום.
VCSELs מייצרים קרני אינפרא אדום כמעט בעוצמת קרינה של 100 W/cm² עם חתך קרן מלבני גדול וכיווני. באופן עקרוני, טכנולוגיה זו מתאימה לכל התהליכים התעשייתיים הדורשים דיוק גבוה במיוחד בבקרת פני השטח והטמפרטורה.
מודולי טיפול בחום בלייזר מתאימים במיוחד ליישומי חימום בשטח גדול עם דרישות תובעניות וגמישות. בהשוואה לשיטות חימום מסורתיות, לתהליך החימום החדש הזה יש גמישות, דיוק וחיסכון גבוהים יותר.
ניתן להשתמש בטכנולוגיה זו כדי לאטום תאים מסוג שקית כדי למנוע התקמטות של רדיד אלומיניום, ובכך להאריך את חיי השירות של הסוללה. זה יכול לשמש גם לייבוש רדיד אלומיניום של סוללות, להשרות פאנלים סולאריים קל, ולעבד במדויק את אזור החימום של חומרים ספציפיים (כגון פרוסות פלדה וסיליקון).
06. ליטוש בלייזר
המנגנון של טכנולוגיית ליטוש הלייזר הוא התכה צרה פני השטח והיתכת יתר של פני השטח, תוך הסתמכות על התכה מחדש של פני השטח והתמצקות מחדש של השכבה המותכת בלייזר. כאשר משטח המתכת מוקרן בלייזר בעל אנרגיה גבוהה מספיק, פני השטח שלו עוברים מידה מסוימת של התכה מחדש וחלוקה מחדש, ובאמצעות פעולת מתח מתיחה וכבידה של פני השטח, מושג משטח חלק לפני התמצקות.
כל עובי השכבה המותכת קטן מהגובה מהשוקת לשיא, כך שכל המתכת המותכת מתמלאת לתוך השוקת הסמוכה. הכוח המניע למילוי זה מושג באמצעות האפקט הנימי, בעוד השכבה העבה יותר תגרום למתכת הנוזלית לזרום החוצה ממרכז הבריכה המותכת. הכוח המניע הוא אפקט נימי תרמי או אפקט מרקוני, כך שניתן להפיץ אותו מחדש.
Shuici Bieguang
מקרי יישום כוללים קרמיקה סיליקון קרביד, המשמשת כרכיבים אופטיים של טלסקופים אור וגדולים (במיוחד מחזירי גודל גדולים ומורכבים). RB-SiC הוא חומר טיפוסי בעל קשיות גבוהה ושלב מורכב, וטכנולוגיית הליטוש המדויק של פני השטח שלו קשה ולא יעילה. פני השטח של RB-SiC המצופה מראש באבקת Si משתנה על ידי לייזר femtosecond. לאחר 4.5 שעות בלבד של ליטוש, ניתן לקבל משטח אופטי עם חספוס פני השטח Sq של 4.45 ננומטר. בהשוואה לטחינה וליטוש ישירים, יעילות הליטוש גדלה ביותר מפי 3. ליטוש לייזר נמצא בשימוש נרחב גם בליטוש של תבניות, מצלמות ולהבי טורבינה.
07. חיטוי זריקת לייזר
חיזוק זעזועים בלייזר, הידוע גם בשם הצפה בלייזר, נועד להקרין את פני השטח של חלקי מתכת בצפיפות אנרגיה גבוהה, לייזר בפוקוס גבוה, קצר דופק (λ=1053nm). מתכת פני השטח (או שכבת הספיגה) יוצרת באופן מיידי פיצוץ פלזמה תחת פעולת לייזר בעל צפיפות הספק גבוהה. גל ההלם הפיצוץ מועבר לחלק הפנימי של חלק המתכת תחת האילוץ של שכבת האילוץ, מה שגורם לגרגירי פני השטח לייצר דפורמציה פלסטית דחיסה, ולקבלת לחץ לחיצה שיורי, עידון גרגרים והשפעות אחרות של חיזוק פני השטח בטווח העבה יותר של פני השטח של החלק. בהשוואה לזריקה מכנית מסורתית, יש לו את היתרונות הבאים:
1. כיווניות חזקה: הלייזר פועל על משטח המתכת בזווית ניתנת לשליטה, עם יעילות המרת אנרגיה גבוהה, בעוד שזווית פגיעת הקליע המכני היא אקראית:
2. כוח גדול: הלחץ המיידי שנוצר על ידי פיצוץ פלזמה מזריקת לייזר גבוה עד כמה GPa: צפיפות הספק גבוהה: צפיפות הספק שיא של פגיעת הלייזר מגיעה לכמה עד עשרות GW//cm2:
3. שלמות פני השטח טובה: לפגיעת הלייזר אין כמעט אפקט קפיצה על פני השטח, בעוד שלאחר הצפה מכנית, המורפולוגיה של פני השטח ניזוקה ומתרחש ריכוז מתח.
ערך מתח הלחיצה המרבי לאחר פגיעת הלייזר טוב יותר, ומתח הלחיצה השיורי של פני השטח גדל בכ-40% ~ 50%, מה שמשפר באופן משמעותי את הערכים של אינדיקטורים קשורים כגון חיי עייפות, עמידות בטמפרטורה גבוהה ויצירת כיפוף של חומר עבודה. זה יושם בתחומי טיפול פני המטוס וטיפול פני השטח של מנועי אוויר.
