Perawatan permukaan laser adalah teknologi yang menggunakan sinar laser dengan kepadatan daya tinggi untuk memanaskan permukaan material tanpa kontak, dan mewujudkan modifikasi permukaannya melalui pendinginan konduktif pada permukaan material itu sendiri.Bermanfaat untuk meningkatkan sifat mekanik dan fisik permukaan material, serta ketahanan aus, ketahanan korosi, dan ketahanan lelah pada bagian-bagiannya.Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi perawatan permukaan laser seperti pembersihan laser, pendinginan laser, paduan laser, penguatan kejut laser dan anil laser, serta pelapisan laser, pencetakan laser 3D, pelapisan listrik laser, dan teknologi manufaktur aditif laser lainnya telah menghasilkan prospek penerapan yang luas. .
1. Pembersihan laser
Pembersihan laser adalah teknologi pembersihan permukaan baru yang berkembang pesat, yang menggunakan sinar laser pulsa berenergi tinggi untuk menyinari permukaan benda kerja, sehingga kotoran, partikel, atau lapisan pada permukaan dapat menguap atau mengembang secara instan, sehingga mencapai proses pembersihan. dan pemurnian.Pembersihan laser terutama dibagi menjadi penghilangan karat, penghilangan minyak, penghilangan cat, penghilangan lapisan dan proses lainnya;Hal ini terutama digunakan untuk pembersihan logam, pembersihan peninggalan budaya, pembersihan arsitektur, dll. Berdasarkan fungsinya yang komprehensif, pemrosesan yang akurat dan fleksibel, efisiensi tinggi dan penghematan energi, perlindungan lingkungan hijau, tidak ada kerusakan pada substrat, kecerdasan, kualitas pembersihan yang baik, keamanan, penerapan luas dan karakteristik serta keunggulan lainnya, menjadi semakin populer di berbagai bidang industri.
Dibandingkan dengan metode pembersihan tradisional seperti pembersihan gesekan mekanis, pembersihan korosi kimia, pembersihan dampak kuat padat cair, pembersihan ultrasonik frekuensi tinggi, pembersihan laser memiliki keunggulan yang jelas.
2. Pendinginan laser
Pendinginan laser menggunakan laser berenergi tinggi sebagai sumber panas untuk membuat permukaan logam cepat panas dan dingin.Proses quenching diselesaikan secara instan untuk memperoleh kekerasan tinggi dan struktur martensit ultra halus, meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus permukaan logam, serta membentuk tegangan tekan pada permukaan untuk meningkatkan ketahanan lelah.Keuntungan inti dari proses ini meliputi zona kecil yang terpengaruh panas, deformasi kecil, otomatisasi tingkat tinggi, fleksibilitas pendinginan selektif yang baik, kekerasan butiran halus yang tinggi, dan perlindungan lingkungan yang cerdas.Misalnya, titik laser dapat disesuaikan untuk meredam posisi lebar apa pun;Kedua, kepala laser dan hubungan robot multi-sumbu dapat memadamkan area yang ditentukan pada bagian-bagian kompleks.Contoh lain, pendinginan laser sangat panas dan cepat, serta tegangan dan deformasi pendinginannya kecil.Deformasi benda kerja sebelum dan sesudah pendinginan laser hampir dapat diabaikan, sehingga sangat cocok untuk perawatan permukaan komponen dengan persyaratan presisi tinggi.
Saat ini, pendinginan laser telah berhasil diterapkan pada penguatan permukaan bagian-bagian yang rentan di industri otomotif, industri cetakan, peralatan perangkat keras dan industri permesinan, terutama dalam meningkatkan masa pakai bagian-bagian yang rentan seperti roda gigi, permukaan poros, pemandu, rahang dan cetakan.Ciri-ciri pendinginan laser adalah sebagai berikut:
(1) Pendinginan laser adalah proses pemanasan cepat dan pendinginan mandiri, yang tidak memerlukan pelestarian panas tungku dan pendinginan cairan pendingin.Ini adalah proses perlakuan panas yang bebas polusi, ramah lingkungan, dan ramah lingkungan, dan dapat dengan mudah menerapkan pendinginan seragam pada permukaan cetakan besar;
(2) Karena kecepatan pemanasan laser cepat, zona yang terkena panas kecil, dan pendinginan pemanasan pemindaian permukaan, yaitu pendinginan pemanasan lokal seketika, deformasi cetakan yang diolah sangat kecil;
(3) Karena sudut divergensi sinar laser yang kecil, ia memiliki pengarahan yang baik, dan secara akurat dapat memadamkan permukaan cetakan secara lokal melalui sistem pemandu cahaya;
(4) Kedalaman lapisan pengerasan permukaan laser pendinginan umumnya 0,3-1,5 mm.
3. Anil laser
Anil laser adalah proses perlakuan panas yang menggunakan laser untuk memanaskan permukaan material, memaparkan material pada suhu tinggi dalam waktu lama, dan kemudian mendinginkannya secara perlahan.Tujuan utama dari proses ini adalah untuk melepaskan tegangan, meningkatkan keuletan dan ketangguhan material, serta menghasilkan struktur mikro khusus.Hal ini ditandai dengan kemampuan untuk menyesuaikan struktur matriks, mengurangi kekerasan, menghaluskan butiran dan menghilangkan tekanan internal.Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi laser annealing juga telah menjadi proses baru dalam industri pengolahan semikonduktor, yang dapat sangat meningkatkan integrasi sirkuit terpadu.
4. Penguatan guncangan laser
Teknologi penguatan guncangan laser adalah teknologi baru dan tinggi yang menggunakan gelombang kejut plasma yang dihasilkan oleh sinar laser yang kuat untuk meningkatkan anti lelah, ketahanan aus, dan ketahanan korosi pada bahan logam.Ini memiliki banyak keunggulan luar biasa, seperti tidak ada zona yang terkena panas, efisiensi energi tinggi, laju regangan sangat tinggi, kemampuan pengendalian yang kuat, dan efek penguatan yang luar biasa.Pada saat yang sama, penguatan kejut laser memiliki karakteristik tegangan tekan sisa yang lebih dalam, struktur mikro dan integritas permukaan yang lebih baik, stabilitas termal yang lebih baik, dan masa pakai yang lebih lama.Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi ini telah mencapai perkembangan pesat, dan memiliki peran besar dalam industri kedirgantaraan, pertahanan nasional dan militer serta bidang lainnya.Selain itu, lapisan ini terutama digunakan untuk melindungi benda kerja dari luka bakar laser dan meningkatkan penyerapan energi laser.Saat ini bahan pelapis yang umum digunakan adalah cat hitam dan aluminium foil.
Laser peening (LP), juga dikenal sebagai laser shock peening (LSP), adalah proses yang diterapkan di bidang rekayasa permukaan, yaitu penggunaan sinar laser berdaya tinggi untuk menghasilkan tegangan sisa pada material guna meningkatkan ketahanan aus. (seperti ketahanan aus dan ketahanan lelah) permukaan material, atau untuk meningkatkan kekuatan bagian tipis material untuk meningkatkan kekerasan permukaan material.
Tidak seperti kebanyakan aplikasi pemrosesan material, LSP tidak menggunakan daya laser untuk perlakuan panas guna mencapai efek yang diinginkan, tetapi menggunakan dampak sinar untuk pemrosesan mekanis.Sinar laser berkekuatan tinggi digunakan untuk membenturkan permukaan benda kerja target dengan pulsa pendek berkekuatan tinggi.
Sinar cahaya mengenai benda kerja logam, segera menguapkan benda kerja menjadi plasma tipis, dan menerapkan tekanan gelombang kejut ke benda kerja.Terkadang lapisan tipis bahan pelapis buram ditambahkan ke benda kerja untuk menggantikan penguapan logam.Untuk memberi tekanan, bahan pelapis transparan lainnya atau lapisan interferensi inersia digunakan untuk menangkap plasma (biasanya air).
Plasma menghasilkan efek gelombang kejut, membentuk kembali struktur mikro permukaan benda kerja pada titik tumbukan, dan kemudian menghasilkan reaksi berantai ekspansi dan kompresi logam.Tegangan tekan yang dalam yang dihasilkan oleh reaksi ini dapat memperpanjang umur komponen.
5. Paduan laser
Paduan laser adalah teknologi modifikasi permukaan baru, yang dapat digunakan untuk menyiapkan lapisan komposit cermet yang diperkuat nanokristalin amorf pada permukaan bagian struktural sesuai dengan kondisi layanan bahan penerbangan yang berbeda dan karakteristik pemanasan sinar laser kepadatan energi tinggi dan laju kondensasi, sehingga untuk mencapai tujuan modifikasi permukaan material penerbangan.Dibandingkan dengan teknologi paduan laser, teknologi kelongsong laser memiliki karakteristik rasio pengenceran kecil antara substrat dan kolam cair, zona terkena panas kecil, deformasi termal kecil pada benda kerja, dan tingkat skrap kecil pada benda kerja setelah perawatan kelongsong laser.Pelapisan laser dapat secara signifikan meningkatkan sifat permukaan material, dan memperbaiki material yang aus.Ini memiliki karakteristik efisiensi tinggi, kecepatan cepat, perlindungan lingkungan hijau dan bebas polusi, dan kinerja benda kerja yang baik setelah perawatan.
6. Pelapisan laser
Teknologi pelapisan laser juga merupakan salah satu teknologi modifikasi permukaan baru yang mewakili arah pengembangan dan tingkat rekayasa permukaan.Teknologi kelongsong laser telah menjadi pusat penelitian dalam modifikasi permukaan paduan titanium karena keunggulannya berupa kombinasi metalurgi dan bebas polusi antara lapisan dan substrat.Pelapisan keramik pelapis laser atau pelapis komposit yang diperkuat partikel keramik adalah cara efektif untuk meningkatkan ketahanan aus permukaan paduan titanium.Sesuai dengan kondisi kerja aktual, pilih sistem material yang sesuai, dan teknologi pelapisan laser dapat mencapai persyaratan proses terbaik.Teknologi pelapisan laser dapat memperbaiki berbagai bagian yang rusak, seperti bilah mesin pesawat.
Perbedaan antara paduan permukaan laser dan pelapisan permukaan laser adalah bahwa paduan permukaan laser adalah pencampuran penuh elemen paduan yang ditambahkan dan lapisan permukaan substrat dalam keadaan cair untuk membentuk lapisan paduan;Pelapisan permukaan laser adalah untuk melelehkan semua lapisan awal dan peleburan mikro pada permukaan substrat, sehingga lapisan pelapis dan bahan substrat membentuk kombinasi metalurgi dan menjaga komposisi lapisan pelapis pada dasarnya tidak berubah.Teknologi paduan laser dan kelongsong laser terutama digunakan untuk meningkatkan ketahanan aus permukaan, ketahanan korosi, dan ketahanan penilaian paduan titanium.
Saat ini, teknologi laser cladding telah banyak digunakan dalam perbaikan dan modifikasi permukaan logam.Namun, meskipun kelongsong laser tradisional memiliki keunggulan dan karakteristik pemrosesan yang fleksibel, perbaikan berbentuk khusus, aditif yang ditentukan pengguna, dll., efisiensi kerjanya rendah, dan masih belum dapat memenuhi persyaratan produksi dan pemrosesan cepat berskala besar di beberapa bidang produksi.Untuk memenuhi kebutuhan produksi massal dan meningkatkan efisiensi pelapisan, teknologi pelapisan laser berkecepatan tinggi muncul.
Teknologi kelongsong laser berkecepatan tinggi dapat mewujudkan lapisan kelongsong yang kompak dan bebas cacat.Kualitas permukaan lapisan cladding kompak, ikatan metalurgi dengan substrat, tidak ada cacat terbuka, dan permukaan halus.Ini tidak hanya dapat diproses pada benda yang berputar, tetapi juga pada bidang datar dan permukaan yang kompleks.Melalui optimasi teknis yang berkelanjutan, teknologi ini dapat digunakan secara luas dalam industri batubara, metalurgi, platform lepas pantai, pembuatan kertas, peralatan sipil, mobil, kapal laut, minyak bumi, dirgantara, dan menjadi proses remanufaktur ramah lingkungan yang dapat menggantikan teknologi pelapisan listrik tradisional.
7. Ukiran laser
Pengukiran laser adalah proses pemrosesan laser yang menggunakan teknologi CNC untuk memproyeksikan sinar laser berenergi tinggi ke permukaan material, dan menggunakan efek termal yang dihasilkan oleh laser untuk menghasilkan pola yang jelas pada permukaan material.Denaturasi fisik peleburan dan gasifikasi bahan pemrosesan di bawah iradiasi pengukiran laser dapat memungkinkan pengukiran laser mencapai tujuan pemrosesan.Pengukiran laser adalah menggunakan laser untuk mengukir kata-kata pada suatu objek.Kata-kata yang diukir dengan teknologi ini tidak ada goresan, permukaan benda halus dan rata, serta tulisan tangan tidak akan luntur.Fitur dan keunggulannya meliputi: aman dan andal;Tepat dan teliti, presisi bisa mencapai 0,02 mm;Menghemat perlindungan lingkungan dan bahan selama pemrosesan;Kecepatan tinggi, ukiran kecepatan tinggi sesuai dengan gambar keluaran;Biaya rendah, tidak dibatasi oleh kuantitas pemrosesan, dll.
8. Pencetakan laser 3D
Prosesnya mengadopsi teknologi kelongsong laser, yang menggunakan laser untuk menyinari aliran bubuk yang diangkut oleh nosel untuk langsung melelehkan zat sederhana atau bubuk paduan.Setelah sinar laser keluar, cairan paduan membeku dengan cepat untuk mewujudkan pembuatan prototipe paduan yang cepat.Saat ini, telah banyak digunakan dalam pemodelan industri, manufaktur mesin, dirgantara, militer, arsitektur, film dan televisi, peralatan rumah tangga, industri ringan, kedokteran, arkeologi, budaya dan seni, patung, perhiasan dan bidang lainnya.
9. Aplikasi industri yang umum untuk perawatan permukaan laser dan manufaktur ulang
Saat ini, perawatan permukaan laser dan teknologi, proses, dan peralatan manufaktur aditif banyak digunakan dalam metalurgi, mesin pertambangan, cetakan, tenaga minyak bumi, peralatan perangkat keras, angkutan kereta api, ruang angkasa, permesinan, dan industri lainnya.
10. Penerapan teknologi pelapisan laser
Pelapisan listrik laser adalah teknologi pelapisan sinar energi tinggi baru, yang sangat penting dalam produksi dan perbaikan perangkat mikroelektronik dan sirkuit terpadu skala besar.Saat ini, meskipun prinsip pelapisan laser, ablasi laser, deposisi laser plasma, dan jet laser masih dalam penelitian, teknologinya telah diterapkan.Ketika laser kontinyu atau laser pulsa menyinari permukaan katoda dalam bak pelapisan listrik, laju pengendapan logam tidak hanya dapat ditingkatkan secara signifikan, tetapi juga komputer dapat digunakan untuk mengontrol lintasan sinar laser untuk mendapatkan lapisan tanpa pelindung dari lapisan tersebut. geometri kompleks yang diharapkan.
Penerapan pelapisan listrik laser dalam praktiknya terutama didasarkan pada dua karakteristik berikut:
(1) Kecepatan di area penyinaran laser jauh lebih tinggi daripada kecepatan pelapisan listrik di dalam tubuh (sekitar 103 kali);
(2) Kemampuan kontrol laser kuat, yang dapat membuat bagian material yang diperlukan mengendapkan jumlah logam yang dibutuhkan.Pelapisan listrik biasa terjadi pada seluruh substrat elektroda, dan kecepatan pelapisan listriknya lambat, sehingga sulit untuk membentuk pola yang rumit dan halus.Pelapisan listrik laser dapat menyesuaikan sinar laser ke ukuran mikrometer, dan melakukan penelusuran tanpa pelindung pada ukuran mikrometer.Untuk desain sirkuit, perbaikan sirkuit, dan pengendapan lokal pada komponen konektor mikroelektronik, pemetaan kecepatan tinggi jenis ini menjadi semakin praktis.
Dibandingkan dengan pelapisan listrik biasa, kelebihannya adalah:
(1) Kecepatan deposisi cepat, seperti pelapisan emas laser hingga 1 μM/s, pelapisan tembaga laser hingga 10 μM/s, pelapisan emas jet laser hingga 12 μM/s, pelapisan tembaga jet laser hingga 50 m/s；
(2) Deposisi logam hanya terjadi di area iradiasi laser, dan lapisan deposisi lokal dapat diperoleh tanpa tindakan pelindung, sehingga menyederhanakan proses produksi;
(3) Daya rekat lapisan sangat meningkat;
(4) Kontrol otomatis yang mudah direalisasikan;
(5) Menyimpan logam mulia;
(6) Menghemat investasi peralatan dan waktu pemrosesan.
Ketika laser kontinu atau laser impuls menyinari permukaan katoda dalam wadah pelapisan listrik, tidak hanya laju pengendapan logam dapat ditingkatkan secara signifikan, tetapi komputer juga dapat mengontrol jalur pergerakan sinar laser untuk mendapatkan lapisan tanpa pelindung dengan kompleks yang diharapkan. geometri.Teknologi baru pelapisan listrik yang ditingkatkan dengan jet laser menggabungkan teknologi pelapisan listrik yang ditingkatkan laser dengan penyemprotan larutan pelapisan listrik, sehingga laser dan larutan pelapisan dapat secara bersamaan menembak ke permukaan katoda, dan kecepatan perpindahan massa jauh lebih cepat daripada kecepatan perpindahan massa. dari pengadukan mikro yang disebabkan oleh iradiasi laser, sehingga mencapai kecepatan deposisi yang sangat tinggi.
Pengembangan dan inovasi di masa depan
Di masa depan, arah pengembangan peralatan perawatan permukaan laser dan manufaktur aditif dapat diringkas sebagai berikut:
·Efisiensi tinggi – efisiensi pemrosesan tinggi, memenuhi ritme produksi industri modern yang cepat;
·Kinerja tinggi – peralatan memiliki fungsi yang terdiversifikasi, kinerja stabil dan cocok untuk kondisi kerja yang berbeda;
·Kecerdasan tinggi – tingkat kecerdasan terus meningkat, dengan lebih sedikit intervensi manual;
·Biaya rendah – biaya peralatan dapat dikendalikan, dan biaya bahan habis pakai berkurang;
·Kustomisasi – penyesuaian peralatan yang dipersonalisasi, layanan purna jual yang tepat,
·Dan peracikan – menggabungkan teknologi laser dengan teknologi pemrosesan tradisional.
Waktu posting: 17 Sep-2022