מזה זמן רב, טכנולוגיית הלייזר ידועה בשימוש הרב שלה בריתוך, חיתוך וסימון, ורק בשנתיים אלו, עם הפופולריות ההדרגתית של ניקוי הלייזר, המושג של טיפול משטחי לייזר הפך ליותר ויותר. מוקד תשומת הלב והופיע במוחם של אנשים. עיבוד לייזר בצורה ללא מגע, גמישות גבוהה, מהירות גבוהה, ללא רעש, אזור קטן מושפע חום ללא פגיעה במצע, ללא חומרים מתכלים וצריכת פחמן סביבתית נמוכה.
לטיפול משטחי לייזר יש למעשה מספר רב מאוד של קטגוריות יישום בנוסף לניקוי בלייזר, כגון ליטוש לייזר, חיפוי לייזר, מרווה בלייזר וכדומה. שיטות אלו משמשות לשינוי המאפיינים הפיזיקליים-כימיים הספציפיים של משטח החומר, למשל, כדי להפוך את המשטח לעיבוד הידרופובי, או בפולסי לייזר להפקת קוטר של כ-10 מיקרון, עומק של כמה מיקרונים בלבד של שקעים קטנים. , כדרך להגביר את החספוס, לשפר את הידבקות פני השטח, וכן הלאה.
בנוסף לניקוי בלייזר, האם אתם מכירים את סוגי טיפולי משטח הלייזר הבאים?
התקשות בלייזר
התקשות בלייזר היא אחד הפתרונות לעיבוד חלקים לחוצים ומורכבים ביותר, המאפשרת לחלקי בלאי גבוהים יותר כגון גלי זיזים וכלי כיפוף להיות נתונים ללחצים גבוהים יותר לחיים ארוכים יותר.
זה פועל על ידי חימום העור של חומר עבודה המכיל פחמן לטמפרטורה מעט מתחת לטמפרטורת ההיתוך (900 - 1400 מעלות , 40 אחוז מהכוח המוקרן נספג), כך שאטומי הפחמן בסריג המתכת מסודרים מחדש ( austenitization), ואז קרן הלייזר מחממת את פני השטח בהתמדה בכיוון ההזנה, והחומר סביב קרן הלייזר מתקרר כל כך מהר ככל שקרן הלייזר זזה עד שסריג המתכת אינו מסוגל לחזור לצורתו המקורית, וכתוצאה מכך מרטנזיט, אשר זה גורם למרטנזיט ולעלייה משמעותית בקשיות.
עומק ההתקשות של השכבות החיצוניות של פלדת פחמן שהושג על ידי התקשות לייזר הוא בדרך כלל 0.1-1.5 מ"מ, ויכול להיות 2.5 מ"מ או יותר בחומרים מסוימים. היתרונות על פני שיטות התקשות קונבנציונליות הם:
- קלט חום ממוקד מוגבל לאזור מקומי, וכתוצאה מכך כמעט ללא עיוות של רכיב במהלך העיבוד. עלויות העיבוד מחדש מופחתות או אפילו מבוטלות כליל;
- התקשות אפילו על גיאומטריות מורכבות ורכיבים מדויקים, המאפשרת התקשות מדויקת של משטחים פונקציונליים מוגבלים מקומית שלא ניתן להקשיח בשיטות התקשות קונבנציונליות;
- ללא עיוות. תהליכי התקשות קונבנציונליים מייצרים עיוות עקב הזנת אנרגיה גבוהה יותר ומרווה, אך במהלך התקשות לייזר ניתן לשלוט במדויק על כניסת החום הודות לטכנולוגיית לייזר ובקרת טמפרטורה. הרכיב נשאר כמעט בתולי;
- ניתן לשנות את גיאומטריית הקשיות של הרכיב במהירות ו"על תנועה". המשמעות היא שאין צורך להמיר את האופטיקה/כל המערכת.
תספורת בלייזר
גרוס בלייזר הוא אחד התהליכים לשינוי פני השטח של חומרים מתכתיים. בתהליך המבנה, הלייזר יוצר גיאומטריות מסודרות באופן קבוע בשכבות או מצעים על מנת לכוון לשינויים במאפיינים הטכניים ולפתח פונקציות חדשות. התהליך כולל בדרך כלל שימוש בקרינת לייזר (בדרך כלל פולסים קצרים של אור לייזר) כדי ליצור גיאומטריות מסודרות באופן קבוע על פני השטח באופן שניתן לשחזר. קרן הלייזר ממיסה את החומר בצורה מבוקרת ומתמצקת לתוך המבנה המוגדר על ידי ניהול תהליך מתאים.
תְמוּנָה
מבני משטח הידרופוביים, למשל, מאפשרים למים לזרום מעל פני השטח. יצירת מבנים תת-מיקרוניים על משטחים עם לייזרים פולסים אולטרה קצרים מאפשרת מימוש תכונה זו וניתן לשלוט במדויק על המבנה שייווצר על ידי שינוי פרמטרי הלייזר. ניתן לממש גם את ההשפעה ההפוכה, למשל משטחים הידרופיליים.
כדי לצבוע לוחות רכב, יש צורך לפזר באופן שווה "מיקרו בורות" על פני השטח של הגיליון כדי לשפר את הידבקות הצבע. קרן לייזר פועמת עם אלפי עד עשרות אלפי פולסים בשנייה ממוקדת ואז נופלת על פני הגלילים ויוצרות בריכה מסיסה זעירה על פני הגלילים בנקודת המיקוד, ובמקביל, בצד- נשיפה על הבריכה המסיסה הזעירה, כך שהחומר המותך בבריכה המסיס יצטבר כמה שיותר לבריכה המסיסה לפי הדרישות המפורטות. קצה היווצרות הלשוניות בצורת קשת, הלשוניות הקטנות והמיקרו-בורות הללו יכולים לא רק לשפר את החספוס של משטח החומר כדי להגביר את הידבקות הצבע, אלא גם לשפר את קשיות פני השטח של החומר כדי להאריך את חיי השירות.
תכונות מסוימות נוצרות על ידי מבנה לייזר, כגון תכונות החיכוך או המוליכות החשמלית והתרמית של חומרים מתכתיים מסוימים. בנוסף, מבנה לייזר מגדיל את חוזק ההדבקה ואת חיי השירות של חומר העבודה.
בהשוואה לשיטות מסורתיות, מבנה לייזר של משטחים ידידותי יותר לסביבה, ואינו דורש חומרי פיצוץ שוחקים נוספים או כימיקלים; הלייזרים ניתנים לחזרה ומדויקים משיגים מבנים מבוקרים המדויקים עד למיקרון וקלים מאוד לשכפול; לייזרים בעלי תחזוקה מועטה הם ללא מגע ולכן נטולי שחיקה לחלוטין בהשוואה לכלים מכניים הנלבשים במהירות; ואין צורך בעיבוד לאחר, ללא נמסים או שאריות עיבוד אחרות שנותרו מאחור על החלק המעובד בלייזר.
טיפול משטח התלקחות בלייזר
טמפרור בלייזר נפוץ בשימוש במשטחי צבע בלייזר, הידוע גם בשם סימון צבע בלייזר. עיקרון התהליך הוא שכאשר הלייזר מחמם את החומר, המתכת תחומם מקומית עד מעט מתחת לנקודת ההיתוך שלה, בפרמטרי התהליך המתאימים, בזמן זה ישתנה מבנה השער; על פני השטח של חומר העבודה תיצור שכבת תחמוצת, שכבת הסרט הזה בקרינת האור, הפרעות האור הנכנסות כך שמגוון צבעי מזג בזמן זה, פני השטח של יצירת שכבה של שכבת סימון צבעונית, לאורך ללא צורך לשנות את זווית התצפית, תבנית הסימון תשתנה ממגוון צבעים שונים.
Droplet Laser מפרסם דוח על טיפול משטח צבעוני בלייזר מהיר במיוחד
צבעים אלה נשארים יציבים בטמפרטורה עד כ-200 מעלות. בטמפרטורות גבוהות יותר, השער מיוצב בטמפרטורה. בטמפרטורות גבוהות יותר השער חוזר למצבו המקורי - הסימון נעלם. איכות פני השטח תישאר ללא פגע. רמה גבוהה של אבטחה ועקיבות ביישומים נגד זיוף. בנוסף לסימון השחור החדש עם לייזרים פולסים קצרים במיוחד, הוא גם מתאים באופן אידיאלי לסימון מוצרים ובכך לעקיבות ייחודית לפי הוראת UDI.
חיפוי לייזר
הוא תהליך ייצור תוסף עבור חומרים היברידיים של מתכת וצרמט. בעזרת זה, ניתן ליצור או לשנות גיאומטריות תלת מימדיות. בשיטת ייצור זו ניתן להשתמש בלייזר גם לתיקון או ציפוי. בתחום התעופה והחלל, נעשה אפוא שימוש בייצור תוסף לתיקון להבי טורבינה.
בייצור כלים ותבניות, ניתן לתקן קצוות סדוקים או בלויים ומשטחים פונקציונליים מעוצבים, או אפילו לשריון מקומי. כדי למנוע בלאי וקורוזיה, מיקומי מיסבים, גלילים או רכיבים הידראוליים מצופים בטכנולוגיית אנרגיה או פטרוכימיה. וייצור תוסף משמש גם בייצור רכב. רכיבים רבים משופרים כאן.
בהתכת מתכת לייזר קונבנציונלית, 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. במהלך המסת מתכת בלייזר במהירות גבוהה, חלקיקי האבקה כבר מחוממים כמעט לטמפרטורת ההיתוך מעל פני המצע. כתוצאה מכך, נדרש פחות זמן כדי להמיס את חלקיקי האבקה.
ההשפעה: עלייה משמעותית במהירות התהליך. בשל האפקט התרמי הנמוך יותר, המסת מתכת בלייזר במהירות גבוהה מאפשרת לצפות גם חומרים רגישים מאוד לחום, כמו סגסוגות אלומיניום וסגסוגות ברזל יצוק. עם תהליך HS-LMD, ניתן להשיג קצבי משטח גבוהים של עד 1500 ס"מ² לדקה על משטחים סימטריים סיבובית, בעוד שניתן לממש קצבי הזנה של עד כמה מאות מטרים לדקה.
ניתן לתקן חלקים או תבניות יקרות במהירות ובקלות באמצעות חיפוי מתכת לייזר באבקת לייזר. נזקים, גדולים או קטנים, ניתנים לתיקון מהיר וכמעט ללא סימנים. גם שינויים עיצוביים אפשריים. זה חוסך זמן, אנרגיה וחומר. במיוחד למתכות יקרות כמו ניקל או טיטניום, זה די משתלם. דוגמאות אופייניות ליישומים הן להבי טורבינה, בוכנות שונות, שסתומים, פירים או תבניות.
טיפול בחום בלייזר
אלפי לייזרים מיניאטוריים (VCSELs) מותקנים על שבב בודד. כל פולט מצויד ב-56 שבבים כאלה, בעוד שמודול מורכב ממספר פולטים. אזור הקרינה המלבנית 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 באמצעות חתך קרן מלבני גדול וכיווני. באופן עקרוני, טכנולוגיה זו מתאימה לכל התהליכים התעשייתיים הדורשים בקרת משטח וטמפרטורה מדויקת במיוחד.
מודולי טיפול בחום בלייזר מתאימים במיוחד ליישומי חימום בשטחים גדולים שבהם נדרשים דיוק וגמישות. בהשוואה לשיטות חימום קונבנציונליות, תהליך חימום חדש זה מציע רמה גבוהה יותר של גמישות, דיוק וחיסכון בעלויות.
באמצעות הטכנולוגיה ניתן לאטום כיסים של תאי סוללה, למנוע את התקמטות רדיד האלומיניום ובכך להאריך את חיי השירות של הסוללה. זה יכול לשמש גם ביישומים כגון ייבוש רדיד תאים, הספגה בצילום פאנלים סולאריים, וטיפול מדויק באזור המיועד לחימום עם חומרים ספציפיים כגון פלדה ופיסי סיליקון.
פוליש בלייזר
המנגנון של טכנולוגיית הליטוש בלייזר הוא היצרות פני השטח והתכת-יתר של פני השטח, המסתמכים על התכה מחדש של המשטח וההתמצקות מחדש של השכבה המומסת בלייזר. כאשר משטח מתכת מוקרן בלייזר עם אנרגיה גבוהה מספיק, המשטח עובר מידה מסוימת של התכה מחדש, חלוקה מחדש ומשטחים חלקים מושגים על ידי מתח מתיחה וכבידה לפני התמצקות.
כל העובי של שכבת ההיתוך קטן מגובה השוקת לשיא, ובכך מאפשר למתכת המותכת כולה למלא את השקתות הסמוכות, מילוי המונע על ידי האפקט הנימי, בעוד ששכבת התכה עבה יותר גורמת למתכת הנוזלית לזרום החוצה ממרכז בריכת ההיתוך, מונע על ידי האפקט התרמו-נימי או אפקט המרקוני, המאפשר פיזור מחדש שלו.
דוגמאות יישום כגון קרמיקה סיליקון קרביד, החומר לאופטיקה קלת משקל של טלסקופים גדולים (במיוחד מראות גדולות ומורכבות.) RB-SiC, כחומר טיפוסי בעל קשיות גבוהה ושלב מורכב, קשה מבחינה טכנית לליטוש משטח-דיוק בעזרתו. יעילות נמוכה. על ידי שינוי פני השטח של RB-SiC המצופה מראש באבקת Si על ידי לייזר femtosecond, ניתן להשיג משטח אופטי עם חספוס פני השטח Sq של 4.45 ננומטר לאחר 4.5 שעות בלבד של ליטוש, מה שמשפר את יעילות הליטוש ביותר מפי שלושה לעומת השחזה והברקה ישירה. ליטוש לייזר נמצא בשימוש נרחב גם בליטוש של תבניות, מצלמות ולהבי טורבינה.
חיטוי ירי בלייזר
השפעת השפעת לייזר, הידועה גם בשם הצפה בלייזר, היא קרינת לייזר עם צפיפות אנרגיה גבוהה, מיקוד גבוה, קצר דופק (λ=1053 ננומטר) של פני השטח של חלקי המתכת, מתכת פני השטח (או שכבת ספיגה) ב צפיפות הספק גבוהה של הלייזר תחת פעולת היווצרות מיידית של פיצוץ הפלזמה, פיצוץ גל ההלם במגבלות על השכבה התוחמת של השכבה התוחמת של ההעברה הפנימית של חלקי המתכת, כך ששכבת פני השטח של הגרגירים לייצר דפורמציה פלסטית דחיסה בחלקים של שכבת פני השטח של טווח עבה יותר של קבל לחץ לחיצה שיורי, עידון גרגירים ושאר השפעות חיזוק פני השטח. בהשוואה לפיצוץ המכני המסורתי יש את היתרונות הבאים:
- כיווניות חזקה: הלייזר פועל על משטח המתכת בזווית מבוקרת, יעילות המרת אנרגיה גבוהה, בעוד שזווית הפגיעה של הקליע המכני היא אקראית;
- כוח גדול: פיצוץ פלזמה בלייזר שנוצר על ידי הלחץ המיידי של עד כמה GPa; צפיפות הספק: צפיפות הספק שיא השפעת לייזר של כמה עד עשרות GW/cm2;
- שלמות פני השטח טובה: השפעת הלייזר על פני השטח היא כמעט ללא אפקט קפיצה, בעוד הירי המכני, המורפולוגיה של פני השטח ניזוקה כדי לייצר ריכוז מתח.
פגיעת הלייזר לאחר ערך מתח הלחיצה המרבי טובה יותר, מתח הלחיצה השיורי של פני השטח גדל בכ-40 אחוז עד 50 אחוז, חיי העייפות של חומר העבודה, עמידות בפני טמפרטורות גבוהות וכיפוף יציקה ואינדיקטורים קשורים אחרים בעלי ערך מספרי שופרו באופן משמעותי . נכון לעכשיו הוא יושם בתחום טיפול פני המטוס, טיפול פני השטח של מנוע אווירי וכן הלאה. תורגם עם www.DeepL.com/Translator (גרסה חינמית)
