Desde hace mucho tiempo, la tecnología láser es conocida por su amplio uso en soldadura, corte y marcado, y sólo en estos dos años, con la paulatina popularización de la limpieza con láser, el concepto de tratamiento de superficies con láser se ha vuelto cada vez más popular. el foco de atención y apareció en la mente de las personas. Procesamiento láser sin contacto, alta flexibilidad, alta velocidad, sin ruido, pequeña zona afectada por el calor sin dañar el sustrato, sin consumibles y con bajas emisiones de carbono.
El tratamiento de superficies con láser en realidad tiene una gran cantidad de categorías de aplicaciones además de la limpieza con láser, como pulido con láser, revestimiento con láser, enfriamiento con láser, etc. Estos métodos se utilizan para cambiar las propiedades fisicoquímicas específicas de la superficie del material, por ejemplo, para hacer que la superficie se procese en una función hidrófoba, o pulsos láser para producir un diámetro de aproximadamente 10 micrones, la profundidad de solo unos pocos micrones de pequeñas depresiones. , como una forma de aumentar la rugosidad, mejorar la adherencia de la superficie, etc.
Además de la limpieza con láser, ¿conoce los siguientes tipos de tratamiento de superficies con láser?
Endurecimiento por láser
El endurecimiento por láser es una de las soluciones para mecanizar piezas complejas y sometidas a grandes esfuerzos, lo que permite someter piezas de mayor desgaste, como árboles de levas y herramientas de doblado, a mayores tensiones para prolongar su vida útil.
Funciona calentando la piel de una pieza de trabajo que contiene carbono a una temperatura ligeramente inferior a la temperatura de fusión (900 - 1400 grados, se absorbe el 40 por ciento de la potencia irradiada), de modo que los átomos de carbono en la red metálica se reordenan ( austenitización), y luego el rayo láser calienta la superficie de manera constante en la dirección de alimentación, y el material alrededor del rayo láser se enfría tan rápidamente a medida que el rayo láser se mueve que la red metálica no puede volver a su forma original, lo que resulta en martensita, que da lugar a una formación de martensita y un aumento significativo de la dureza.
La profundidad de endurecimiento de las capas exteriores de acero al carbono que se logra mediante el endurecimiento por láser suele ser de 0.1-1.5 mm y puede ser de 2,5 mm o más en algunos materiales. Las ventajas sobre los métodos de endurecimiento convencionales son:
- La entrada de calor dirigida se limita a un área localizada, lo que prácticamente no produce deformación de los componentes durante el mecanizado. Los costos de retrabajo se reducen o incluso se eliminan por completo;
- Endurecimiento incluso en geometrías complejas y componentes de precisión, lo que permite un endurecimiento preciso de superficies funcionales localmente restringidas que no pueden endurecerse con métodos de endurecimiento convencionales;
- sin distorsión. Los procesos de endurecimiento convencionales producen distorsión debido a una mayor entrada de energía y enfriamiento, pero durante el endurecimiento por láser la entrada de calor se puede controlar con precisión gracias a la tecnología láser y al control de temperatura. El componente permanece prácticamente impecable;
- La geometría de dureza del componente se puede cambiar rápidamente y "sobre la marcha". Esto significa que no es necesario convertir la óptica ni el sistema completo.
Corte de pelo láser
El tallado por láser es uno de los procesos para la modificación de superficies de materiales metálicos. En el proceso de estructuración, el láser crea geometrías dispuestas regularmente en capas o sustratos para lograr cambios en las propiedades técnicas y desarrollar nuevas funciones. El proceso generalmente implica el uso de radiación láser (generalmente pulsos cortos de luz láser) para generar geometrías dispuestas regularmente sobre una superficie de manera reproducible. El rayo láser funde el material de forma controlada y se solidifica en la estructura definida mediante una gestión del proceso adecuada.
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Las estructuras superficiales hidrófobas, por ejemplo, permiten que el agua fluya fuera de la superficie. La creación de estructuras submicrónicas en superficies con láseres de pulsos ultracortos permite realizar esta propiedad y la estructura que se va a crear se puede controlar con precisión variando los parámetros del láser. También se puede conseguir el efecto contrario, por ejemplo superficies hidrófilas.
Para pintar paneles de automóviles, es necesario distribuir uniformemente "microhoyos" en la superficie de la lámina para mejorar la adherencia de la pintura. Se enfoca un rayo láser pulsado con miles a decenas de miles de pulsos por segundo y luego incide sobre la superficie de los rollos para formar un pequeño charco soluble en la superficie de los rollos en el punto de enfoque y, al mismo tiempo, se proyecta lateralmente. soplar sobre la pequeña piscina soluble, de modo que el material fundido en la piscina soluble se acumule tanto como sea posible en la piscina soluble de acuerdo con los requisitos especificados. El borde de la formación de pestañas en forma de arco, estas pequeñas pestañas y microhoyos no solo pueden mejorar la rugosidad de la superficie del material para aumentar la adherencia de la pintura, sino también mejorar la dureza de la superficie del material para extender la vida útil.
Ciertas propiedades se generan mediante la estructuración con láser, como las propiedades de fricción o la conductividad eléctrica y térmica de algunos materiales metálicos. Además, la estructuración por láser aumenta la fuerza de unión y la vida útil de la pieza de trabajo.
En comparación con los métodos tradicionales, la estructuración láser de superficies es más respetuosa con el medio ambiente y no requiere agentes químicos ni abrasivos adicionales; Repetibles y precisos, los láseres logran estructuras controladas que tienen una precisión de hasta micras y son muy fáciles de replicar; los láseres requieren poco mantenimiento y no tienen contacto y, por lo tanto, están absolutamente libres de desgaste en comparación con las herramientas mecánicas que se desgastan rápidamente; y no hay necesidad de posprocesamiento, ya que no quedan derretimientos ni otros residuos de mecanizado en la pieza procesada con láser.
Tratamiento de superficie con llamarada láser
El templado por láser se utiliza comúnmente en el revestimiento de superficies de color con láser, también conocido como marcado de color con láser. El principio del proceso es que cuando el láser calienta el material, el metal se calentará localmente hasta ligeramente por debajo de su punto de fusión, en los parámetros apropiados del proceso, en este momento, la estructura de la puerta cambiará; en la superficie de la pieza de trabajo se formará una capa de óxido, esta capa de película en la irradiación de la luz, la interferencia de la luz incidente de modo que una variedad de color templado en este momento, la superficie de la generación de una capa de capa de marcado colorido, junto Sin necesidad de cambiar el ángulo de observación, el patrón de marcado se cambiará en varios colores diferentes.
Droplet Laser publica un informe sobre el tratamiento de superficies coloridas con láser ultrarrápido
Estos colores mantienen la temperatura estable hasta aproximadamente 200 grados. A temperaturas más altas, la temperatura de la puerta se estabiliza. A temperaturas más altas, la puerta vuelve a su estado original y la marca desaparece. La calidad de la superficie permanecerá intacta. Un alto grado de seguridad y trazabilidad en aplicaciones antifalsificación. Además del nuevo marcado negro con láseres de pulsaciones ultracortas, también es ideal para el marcado de productos y, por tanto, para una trazabilidad única según la directiva UDI.
Revestimiento láser
es un proceso de fabricación aditiva para materiales híbridos de metal y cermet. Con esto se pueden crear o modificar geometrías 3D. Con este método de producción, el láser también se puede utilizar para reparaciones o revestimientos. Por ello, en el sector aeroespacial la fabricación aditiva se utiliza para reparar álabes de turbinas.
En la fabricación de herramientas y moldes, los bordes agrietados o desgastados y las superficies funcionales moldeadas pueden repararse o incluso protegerse localmente. Para evitar el desgaste y la corrosión, los cojinetes, los rodillos o los componentes hidráulicos se recubren con tecnología energética o petroquímica. Y la fabricación aditiva también se utiliza en la fabricación de automóviles. Aquí se mejoran numerosos componentes.
En la fusión de metal por láser convencional, el rayo láser primero calienta localmente la pieza de trabajo y luego forma un baño de fusión. Luego se rocía polvo de metal fino directamente en el baño fundido desde la boquilla del cabezal de procesamiento láser. Durante la fusión de metal por láser a alta velocidad, las partículas de polvo ya se calientan casi hasta la temperatura de fusión por encima de la superficie del sustrato. Como resultado, se requiere menos tiempo para fundir las partículas de polvo.
El efecto: un aumento significativo en la velocidad del proceso. Debido al menor efecto térmico, la fusión de metales por láser a alta velocidad también permite recubrir materiales muy sensibles al calor, como aleaciones de aluminio y aleaciones de hierro fundido. Con el proceso HS-LMD se pueden alcanzar altos rendimientos de superficie de hasta 1500 cm²/min en superficies rotacionalmente simétricas, mientras que se pueden alcanzar velocidades de avance de hasta varios cientos de metros por minuto.
Las piezas o moldes costosos se pueden reparar rápida y fácilmente con revestimiento metálico con láser en polvo. Los daños, grandes o pequeños, se pueden reparar rápidamente y casi sin dejar marcas. También son posibles cambios de diseño. Esto ahorra tiempo, energía y material. Especialmente en el caso de metales caros como el níquel o el titanio, merece la pena. Ejemplos típicos de aplicación son álabes de turbinas, diversos pistones, válvulas, ejes o moldes.
Tratamiento térmico con láser
Miles de láseres en miniatura (VCSEL) están montados en un solo chip. Cada emisor está equipado con 56 chips de este tipo, mientras que un módulo consta de varios emisores. El área de radiación rectangular puede contener millones de microláseres y puede generar varios kilovatios de potencia de láser infrarrojo.
Los VCSEL generan haces de infrarrojo cercano con una intensidad de radiación de 100 W/cm² mediante una gran sección transversal de haz rectangular direccional. En principio, esta tecnología es adecuada para todos los procesos industriales que requieren un control extremadamente preciso de la superficie y la temperatura.
Los módulos de tratamiento térmico por láser son particularmente adecuados para aplicaciones de calefacción de grandes superficies donde se requiere precisión y flexibilidad. En comparación con los métodos de calentamiento convencionales, este nuevo proceso de calentamiento ofrece un mayor grado de flexibilidad, precisión y ahorro de costes.
La tecnología se puede utilizar para sellar bolsas de celdas de batería, evitando que el papel de aluminio se arrugue y extendiendo así la vida útil de la batería. También se puede utilizar en aplicaciones como el secado de láminas de células, la fotoimpregnación de paneles solares y el tratamiento preciso del área a calentar con materiales específicos como acero y obleas de silicio.
Pulido láser
El mecanismo de la tecnología de pulido láser es el estrechamiento de la superficie y la sobrefusión de la superficie, que se basa en la refundición de la superficie y la resolidificación de la capa refundida con láser. Cuando una superficie metálica es irradiada por un láser con una energía suficientemente alta, la superficie sufre un cierto grado de refundición, redistribución y superficies lisas se logran mediante tensión de tracción superficial y gravedad antes de la solidificación.
El espesor total de la capa de fusión es menor que la altura del valle al pico, lo que permite que todo el metal fundido llene los valles cercanos, un relleno impulsado por el efecto capilar, mientras que una capa de fusión más gruesa induce al metal líquido a fluir hacia afuera. desde el centro del baño de fusión, impulsado por el efecto termocapilar o efecto Marconi, que permite su redistribución.
Ejemplos de aplicaciones como la cerámica de carburo de silicio, el material para la óptica liviana de grandes telescopios (especialmente espejos grandes y de formas complejas). El RB-SiC, como material típico de fase compleja y alta dureza, es técnicamente difícil de pulir con precisión superficial con baja eficiencia. Modificando la superficie de RB-SiC prerecubierta con polvo de Si mediante láser de femtosegundo, se puede obtener una superficie óptica con una rugosidad superficial Sq de 4,45 nm después de solo 4,5 horas de pulido, lo que mejora la eficiencia del pulido en más de tres veces en comparación con Esmerilado y pulido directo. El pulido por láser también se utiliza mucho en el pulido de moldes, levas y álabes de turbinas.
Granallado con láser
El granallado por impacto con láser, también conocido como granallado por láser, es una irradiación con láser de pulso corto (λ=1053nm) de alta densidad de energía, alto enfoque y de la superficie de las piezas metálicas, la superficie del metal (o la capa de absorción) en el alta densidad de potencia del láser bajo la acción de la formación instantánea de la explosión de plasma, la explosión de la onda de choque en las limitaciones de la capa límite de la transferencia interna de las partes metálicas, de modo que la capa superficial de los granos para producir deformación plástica por compresión en las partes de la capa superficial de un rango más grueso de Obtener tensión de compresión residual, refinamiento de grano y otros efectos de fortalecimiento de la superficie. Comparado con el tradicional granallado mecánico tiene las siguientes ventajas:
- Fuerte direccionalidad: el láser actúa sobre la superficie del metal en un ángulo controlado, alta eficiencia de conversión de energía, mientras que el ángulo de impacto del proyectil mecánico es aleatorio;
- Gran fuerza: explosión de plasma con explosión láser generada por la presión instantánea de hasta varios GPa; densidad de potencia: densidad de potencia máxima de impacto láser de unos pocos a docenas de GW/cm2;
- Buena integridad de la superficie: el impacto del láser sobre la superficie casi no produce efecto de pulverización, mientras que con el granallado mecánico, la morfología de la superficie se daña para producir concentración de tensión.
El impacto del láser después del valor máximo de tensión de compresión es mejor, la tensión de compresión residual de la superficie aumentó entre un 40 y un 50 por ciento, la vida útil de la pieza de trabajo, la resistencia a altas temperaturas y al moldeado por flexión y otros indicadores relacionados de valor numérico se han mejorado significativamente. . Actualmente se ha aplicado en el campo del tratamiento de superficies de aviones, tratamiento de superficies de motores de aviones, etc. Traducido con www.DeepL.com/Translator (versión gratuita)
