ما هي تقنيات معالجة الأسطح بالليزر بخلاف التنظيف بالليزر؟

اشتهرت تقنية الليزر منذ زمن طويل باستخدامها على نطاق واسع في عمليات اللحام والقطع ووضع العلامات. في العامين الماضيين، ومع الانتشار التدريجي للتنظيف بالليزر، أصبح مفهوم المعالجة السطحية بالليزر محط اهتمام متزايد ويظهر في أذهان الناس. تتم معالجة الليزر بطريقة غير تلامسية، بمرونة عالية، وسرعة عالية، وبدون ضوضاء، ومواد أساسية صغيرة غير مدمرة في المنطقة المتأثرة بالحرارة، ولا توجد مواد استهلاكية وحماية للبيئة ومنخفضة الكربون.

بالإضافة إلى التنظيف بالليزر، هناك في الواقع العديد من فئات التطبيقات، مثل التلميع بالليزر، والكسوة بالليزر، والتصلب بالليزر، وما إلى ذلك. تُستخدم هذه الطرق لتغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية المحددة لسطح المادة، مثل جعل السطح يتمتع بوظيفة كارهة للماء أو استخدام نبضات الليزر لإنشاء منخفضات صغيرة يبلغ قطرها حوالي 10 ميكرون وعمقها فقط بضعة ميكرونات، من أجل زيادة الخشونة، وتعزيز التصاق السطح وما إلى ذلك.

بالإضافة إلى التنظيف بالليزر، هل تعرف طرق معالجة الأسطح بالليزر التالية؟

يعد التبريد بالليزر أحد الحلول لمعالجة الأجزاء المعقدة ذات الضغط العالي. يمكن أن يزيد من ضغط الأجزاء ذات التآكل العالي، مثل أعمدة الكامات وأدوات الثني، ويطيل عمر الأجزاء.

مبدأها هو إعادة ترتيب ذرات الكربون في الشبكة المعدنية عن طريق تسخين جلد قطعة العمل المحتوية على الكربون إلى درجة حرارة انصهار أقل قليلاً (900-1400 درجة، يتم امتصاص 40% من قوة التشعيع) ، ثم يقوم شعاع الليزر بتثبيت سطح التسخين على طول اتجاه التغذية، وتبرد المادة المحيطة بسرعة مع تحرك شعاع الليزر. لا يمكن استعادة الشبكة المعدنية إلى شكلها الأصلي، مما يؤدي إلى وجود المارتينسيت، مما يزيد من الصلابة بشكل كبير. عادة ما يكون عمق التصلب للطبقة الخارجية من الفولاذ الكربوني عن طريق التصلب بالليزر 0.1-1.5 مم، ويمكن تحقيق 2.5 مم أو أكثر في بعض المواد. بالمقارنة مع طريقة التبريد التقليدية، مميزاتها هي: 1. إن مدخلات الحرارة المستهدفة محدودة بالمنطقة المحلية، لذلك لا يوجد تقريبًا أي تشوه للمكونات أثناء المعالجة. يمكن تقليل تكاليف إعادة العمل أو حتى إزالتها تمامًا؛ 2. يمكن أيضًا تصليبه في الأسطح الهندسية المعقدة والأجزاء الدقيقة، والتي يمكنها تحقيق تصلب دقيق للأسطح الوظيفية المحدودة محليًا والتي لا يمكن إخمادها بطرق التبريد التقليدية؛ 3. لا تشويه. تنتج عملية التصلب التقليدية تشوهًا بسبب زيادة مدخلات الطاقة والتبريد، ولكن في عملية التصلب بالليزر، يمكن التحكم بدقة في مدخلات الحرارة بفضل تقنية الليزر والتحكم في درجة الحرارة. تبقى المكونات في حالتها الأصلية تقريبًا؛ 4. يمكن تغيير هندسة صلابة المكون "أثناء التنقل". وهذا يعني أنه ليست هناك حاجة لتحويل البصريات/النظام بأكمله.

يعد الطلاء بالليزر أحد الطرق التكنولوجية لتعديل سطح المواد المعدنية. أثناء عملية الهيكلة، يقوم الليزر بإنشاء أشكال هندسية منتظمة في طبقات أو ركائز من أجل تغيير الخصائص التقنية وتطوير وظائف جديدة بطريقة مستهدفة. تتمثل عملية العمل تقريبًا في استخدام إشعاع الليزر (عادةً نبضات قصيرة من ضوء الليزر) لإنشاء أشكال هندسية مرتبة بانتظام على السطح بطريقة قابلة للتكرار. يقوم شعاع الليزر بإذابة المادة بطريقة يمكن التحكم فيها وترسيخها في هيكل محدد من خلال إدارة العملية بشكل سليم.

على سبيل المثال، تسمح الهياكل السطحية الكارهة للماء للمياه بالتدفق من السطح. يمكن تحقيق هذه الخاصية عن طريق إنشاء هياكل دون الميكرون على السطح باستخدام أشعة ليزر نبضية فائقة القصر، ويمكن التحكم في الهياكل التي سيتم إنشاؤها بدقة عن طريق تغيير معلمات الليزر. ويمكن أيضًا تحقيق تأثيرات معاكسة، مثل الأسطح المحبة للماء.

يعمل ليزر قطرة الماء على تحسين خشونة السطح من خلال التكنولوجيا ذات الصلة.

لطلاء لوحة السيارة، يجب أن يتم توزيع سطح الورقة بالتساوي على شكل "حفر صغيرة" لتعزيز التصاق الطلاء، ويسقط شعاع الليزر النبضي الذي يركز آلاف إلى عشرات الآلاف من المرات في الثانية على سطح اللفة، ويشكل تجمع ذوبان صغير على سطح اللفة عند النقطة المحورية، وينفخ تجمع الذوبان الصغير جانبيًا، بحيث يتم ترسيب الذوبان في حوض الذوبان على حافة تجمع الذوبان قدر الإمكان لتشكيل قوس دائري محدب وفقًا لـ المتطلبات المحددة. هذه المطبات الصغيرة والحفر الصغيرة لا يمكنها فقط تحسين خشونة سطح المادة، وزيادة التصاق الطلاء، ولكن أيضًا تحسين صلابة سطح المادة وإطالة عمر الخدمة. يتم توليد خصائص معينة من بنية الليزر، مثل خصائص الاحتكاك لبعض المواد المعدنية أو التوصيل الكهربائي والحراري. بالإضافة إلى ذلك، فإن الهيكلة بالليزر تزيد أيضًا من قوة الترابط وعمر الخدمة لقطعة العمل.

بالمقارنة مع الطرق التقليدية، فإن هيكلة السطح بالليزر أكثر صديقة للبيئة ولا تتطلب عوامل سفع رملي أو مواد كيميائية إضافية. يحقق الليزر، المتكرر والدقيق، هياكل خاضعة للتحكم حتى الميكرون ومن السهل جدًا تكرارها.

يحقق الليزر، المتكرر والدقيق، هياكل خاضعة للتحكم حتى الميكرون ومن السهل جدًا تكرارها. صيانة منخفضة، الليزر غير قابل للتلامس مقارنة بالأدوات الميكانيكية سريعة التآكل، لذلك لا يوجد أي تآكل على الإطلاق. لا يلزم إجراء معالجة لاحقة، ولا يتم ترك أي بقايا ذوبان أو أي بقايا معالجة أخرى على الأجزاء المعالجة بالليزر.

يتم استخدام التقسية بالليزر بشكل شائع في معالجة الأسطح الملونة بالليزر، والمعروفة أيضًا باسم وسم الألوان بالليزر. مبدأ العملية هو أنه عندما يقوم الليزر بتسخين المادة، يتم تسخين المعدن محليًا إلى أقل بقليل من نقطة الانصهار، وسيتغير هيكل البوابة في ظل معلمات العملية المناسبة. على سطح قطعة العمل ستشكل طبقة أكسيد، هذه الطبقة من الفيلم تحت إشعاع الضوء، يؤدي تداخل الضوء الساقط إلى ظهور مجموعة متنوعة من الألوان المزاجية في هذا الوقت، السطح الناتج عن هذه الطبقة من طبقة تمييز الألوان السحرية، مع تتغير زاوية المراقبة، وسيتغير النمط المحدد أيضًا بمجموعة متنوعة من الألوان المختلفة.

تحافظ هذه الألوان على درجة حرارة ثابتة تصل إلى حوالي 200 درجة. عند درجات الحرارة المرتفعة، تعود الشبكة إلى حالتها الأولية - تختفي العلامات. ستبقى جودة السطح سليمة. يتمتع بدرجة عالية من الأمان وإمكانية التتبع في تطبيق مكافحة التزييف. في السنوات الأخيرة، نضجت في مجال التكنولوجيا الطبية، وبالإضافة إلى العلامات السوداء الجديدة من خلال أشعة الليزر النبضية القصيرة جدًا، فهي أيضًا مناسبة جدًا لتحديد المنتج، وبالتالي تحقيق إمكانية التتبع الفريدة وفقًا لتوجيهات UDI.

إنها عملية تصنيع مضافة مناسبة للمواد المعدنية والسيرميت المختلطة. يتيح لك هذا إنشاء أشكال هندسية ثلاثية الأبعاد أو تعديلها. باستخدام طريقة الإنتاج هذه، يمكن أيضًا إصلاح الليزر أو تغليفه. لذلك، في مجال الطيران، يتم استخدام التصنيع الإضافي لإصلاح شفرات التوربينات. في مجال صناعة الأدوات والقوالب، يمكن إصلاح الحواف والأسطح الوظيفية المتشققة أو البالية، أو حتى تسليحها جزئيًا. لمنع التآكل والتآكل، في مجال تكنولوجيا الطاقة أو البتروكيماويات، أو مواضع حمل الطلاء، أو البكرات أو المكونات الهيدروليكية. يستخدم التصنيع الإضافي أيضًا في صناعة السيارات. يتم تعديل عدد كبير من المكونات هنا. في الكسوة المعدنية بالليزر التقليدية، يقوم شعاع الليزر أولاً بتسخين قطعة العمل محليًا ثم يشكل بركة منصهرة. يتم بعد ذلك رش المسحوق المعدني الناعم مباشرة في البركة المنصهرة من فوهة رأس المعالجة بالليزر. في عملية تغليف المعادن بالليزر عالي السرعة، يتم تسخين جزيئات المسحوق إلى درجة حرارة الانصهار تقريبًا فوق سطح القاعدة. وبالتالي، مطلوب وقت أقل لإذابة جزيئات المسحوق. التأثير: تحسين سرعة العملية بشكل ملحوظ. ونظرًا للتأثير الحراري الأصغر، فمن الممكن أيضًا طلاء المواد الحساسة جدًا للحرارة، مثل الألومنيوم وسبائك الحديد الزهر، بكسوة معدنية بالليزر عالي السرعة. من خلال عملية HS-LMD، يمكن تشكيل معدلات سطحية عالية جدًا على الأسطح المتناظرة دورانيًا، تصل إلى 1500 سم²/دقيقة. وفي الوقت نفسه، يتم تحقيق سرعات تغذية تصل إلى مئات الأمتار في الدقيقة. قم بإصلاح الأجزاء أو القوالب باهظة الثمن بسرعة وسهولة باستخدام الكسوة المعدنية بمسحوق الليزر. يمكن إصلاح الإصابات الكبيرة والصغيرة بسرعة وبدون أثر تقريبًا. يمكنك أيضًا تغيير التصميم. وهذا يوفر الوقت والطاقة والمواد. خاصة بالنسبة للمعادن باهظة الثمن مثل النيكل أو التيتانيوم، فالأمر يستحق ذلك. ومن الأمثلة النموذجية للتطبيقات شفرات التوربينات والمكابس المختلفة والصمامات والأعمدة أو القوالب.

يتم تركيب الآلاف من أجهزة الليزر الدقيقة (VCsels) على شريحة واحدة. وقد تم تجهيز كل جهاز إرسال بـ 56 شريحة من هذا النوع، وتتكون الوحدة من عدة أجهزة إرسال. يمكن أن تحتوي المنطقة المشعة المستطيلة على ملايين من أجهزة الليزر الدقيقة وتنتج عدة كيلووات من طاقة الليزر بالأشعة تحت الحمراء. يولد VCSEL شعاعًا قريبًا من الأشعة تحت الحمراء بكثافة إشعاع تبلغ 100 واط / سم 2 من خلال مساحة كبيرة من المقطع العرضي للشعاع المستطيل الاتجاهي. من حيث المبدأ، هذه التكنولوجيا مناسبة لجميع العمليات الصناعية التي تتطلب التحكم الدقيق في السطح ودرجة الحرارة. وحدة المعالجة الحرارية بالليزر مناسبة بشكل خاص لتطبيقات التدفئة ذات الدقة العالية والمرونة لمساحة كبيرة. بالمقارنة مع طرق التسخين التقليدية، توفر عملية التسخين الجديدة هذه قدرًا أكبر من المرونة والدقة وتوفير التكلفة.

ويمكن استخدام هذه التقنية لإغلاق البطاريات المعبأة في أكياس لمنع تجعد رقائق الألومنيوم، وبالتالي إطالة عمر البطارية. ويمكن استخدامه أيضًا لتجفيف رقائق الألومنيوم الخلوية، والألواح الشمسية المتسللة بالصور، ومعالجة المناطق المراد تسخينها بدقة في مواد محددة مثل رقائق الفولاذ والسيليكون.

آلية تقنية التلميع بالليزر هي الصهر الضيق للسطح والذوبان الزائد للسطح، بالاعتماد على إعادة صهر السطح وإعادة تصلب طبقة إعادة الصهر بالليزر. عندما يتم تشعيع السطح المعدني بواسطة ليزر عالي الطاقة بدرجة كافية، يخضع السطح لدرجة معينة من إعادة الصهر وإعادة التوزيع، ومن خلال تأثير إجهاد الشد السطحي والجاذبية، يتم تحقيق سطح أملس قبل التصلب. يكون سمك الطبقة المنصهرة بالكامل أقل من ارتفاع الحوض إلى قمة الموجة، بحيث يتم ملء المعدن المنصهر بالكامل في الحوض القريب، وتتحقق القوة الدافعة لهذا الحشو من خلال التأثير الشعري، و ستشجع طبقة الذوبان السميكة المعدن السائل على التدفق للخارج من مركز حوض الذوبان. القوة الدافعة هي التأثير الشعري الحراري أو تأثير ماركوني الذي يعيد توزيعها.

حالات التطبيق مثل المكونات البصرية للتلسكوب الخفيف الكبير (خاصة المرايا كبيرة الحجم ومعقدة الشكل) من مادة كربيد السيليكون والسيراميك. تتمتع RB-SiC، باعتبارها مادة نموذجية ذات صلابة عالية ومتعددة الأطوار، بتقنية تلميع صعبة الدقة للسطح وكفاءة منخفضة. من خلال تعديل سطح RB-SiC المطلي مسبقًا بمسحوق Si بواسطة ليزر الفيمتو ثانية، يمكن الحصول على السطح البصري بخشونة سطح تبلغ 4.45 نانومتر بعد 4.5 ساعة فقط من التلميع، وتكون كفاءة التلميع أعلى بأكثر من 3 مرات من ذلك. من تلميع الطحن المباشر. يستخدم التلميع بالليزر أيضًا على نطاق واسع في تلميع القالب وCAM وشفرة التوربينات.

تقوية الصدمات بالليزر، والمعروفة أيضًا باسم التقطيع بالليزر، هي عبارة عن تشعيع سطح الأجزاء المعدنية بكثافة طاقة عالية وتركيز عالي وليزر نبض قصير (μ=1053نانومتر) ومعدن السطح (أو طبقة الامتصاص) على الفور يشكل انفجار بلازما تحت تأثير الليزر عالي الكثافة، وتنتقل موجة صدمة الانفجار إلى داخل الأجزاء المعدنية تحت الطبقة المقيدة، بحيث تنتج الحبوب السطحية تشوهًا بلاستيكيًا مضغوطًا. يتم الحصول على تأثيرات تقوية السطح مثل إجهاد الضغط المتبقي وصقل الحبوب في السطح الأكثر سمكًا للأجزاء. يتميز السفع بالخردق الميكانيكي التقليدي بالمزايا التالية:

1. اتجاه قوي: يعمل الليزر على السطح المعدني بزاوية يمكن التحكم فيها، وكفاءة تحويل الطاقة عالية، في حين أن زاوية تأثير المقذوف الميكانيكية عشوائية.

2. القوة الكبيرة: الضغط الفوري الناتج عن بلازما السفع بالليزر يصل إلى عدة GPa؛ كثافة طاقة عالية: تصل كثافة طاقة ذروة صدمة الليزر إلى عدة عشرات من GW/cm2.

3. سلامة السطح الجيدة: ليس لصدمة الليزر أي تأثير تقريبًا على السطح، وبعد التقطيع الميكانيكي، تتلف تضاريس السطح ويتولد تركيز الضغط. الحد الأقصى لقيمة ضغط الضغط بعد صدمة الليزر أفضل. يتم زيادة إجهاد الضغط المتبقي على السطح بحوالي 40% إلى 50%، ويتم تحسين عمر الكلال ومقاومة درجات الحرارة العالية وتشكيل الانحناء لقطعة العمل بشكل كبير. في الوقت الحاضر، تم استخدامه في معالجة أسطح الطائرات، ومعالجة أسطح محركات الطائرات وغيرها من المجالات.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. هي مؤسسة ذات تقنية عالية متخصصة في البحث والتطوير وتصنيع وبيع آلة الكسوة بالليزر الأوتوماتيكية وآلة الكسوة بالليزر عالية السرعة وآلة التبريد بالليزر وآلة اللحام بالليزر ومعدات الطباعة بالليزر ثلاثية الأبعاد. منتجاتنا فعالة من حيث التكلفة وتباع محليًا وخارجيًا. إذا كنت مهتمًا بمنتجاتنا، فيرجى الاتصال بنا على bob@gshenglaser.com.