Laserová depozice kovů: 7 důležitých faktorů s tím souvisejících

by

Obsah

  • Co je laserové nanášení kovů?
  • Jak funguje proces laserového nanášení kovů?
  • Jaké jsou výhody laserového nanášení kovů?
  • Jaká je práce vláknových laserů v LMD?
  • Jaké jsou aplikace laserového nanášení kovů?
  • Flexibilní funkce pro kovové a slitinové komponenty v LMD
  • Proč se lasery CO2 nepoužívají pro LMD?

Co je laserové nanášení kovů?

Laserové nanášení kovů nebo LMD označuje proces vytváření zásoby roztaveného kovu na kovovém substrátu pomocí laseru. Proud plynu se používá pro vstřikování kovového prášku do substrátu. Tento absorbovaný kovový prášek vytváří kovový povlak na substrátu kovu. Tento proces aditivní výroby se používá k několika účelům, jako je oprava kovových součástí, tváření kovových nebo slitinových nástrojů, kovové šrouby, ventily atd. Laserové nanášení kovů se stává široce používanou technikou v oblasti výroby.

laserové nanášení kovů
Depozice kovové vrstvy na povrchu pomocí LMD. Zdroj obrázku: http://Firstcomer, Роботизированная лазерная наплавка в импульсном режиме, CC BY-SA 4.0

Jak funguje proces laserového nanášení kovů?

Proces laserového nanášení kovu zahrnuje použití postranních nebo koaxiálních trysek pro vhánění prášku do procesní zóny kovu. Obecně platí, že prášek používaný pro laserové opláštění je kovové povahy. Prášek interaguje s laserovým paprskem, který předehřívá částice na jejich body tání. Roztavený prášek poté vytvoří kovovou kaluž na povrchu. Tento kovový bazén se později ochladí a podle potřeby vytvoří na povrchu kovovou vrstvu. Občas se substrát pohybuje pro ztuhnutí kovové depozice.

Pohyb substrátu je řízen pomocí systému CAD nebo počítačem podporovaného designu. Používá se k implantaci pevných materiálů do vzoru stop. Požadovaný vzor se získá po skončení trajektorie. V některých provedeních je laserový nebo tryskový systém pohyblivý a pohybuje se po stacionárním substrátu za vzniku zpevněných stop. Vytváří se více vrstev jedna za druhou, aby se vytvořila trojrozměrná součást. Geometrická přesnost je u tohoto procesu vysoká.

Konfigurace trysek laserového opláštění
4 různé typy systémů podávání kovového prášku. !. Drátový systém, 2. Systém bočních trysek, 3. Systém radiálních trysek, 4. Kónický systém trysek. Zdroj obrázku: Materialgeeza, Konfigurace trysek laserového opláštění, CC BY-SA 3.0

Jaké jsou výhody laserového nanášení kovů?

Proces laserového nanášení kovů si v posledních letech získává větší popularitu nad procesy, jako je tepelné stříkání a plynové obloukové svařování, protože:

  • Tento proces je vhodná metoda pro objekty jakéhokoli tvaru a struktury.
  • Tento proces vytváří menší zkreslení z požadované trajektorie.
  • Tento proces nerozptyluje mnoho tepla a snižuje tepelné poškození materiálů.
  • Tento proces se používá pro získání nízkého ředění mezi substrátem a stopami a pro současné vytvoření silné metalurgické vazby.
  • Tento proces má vysokou rychlost chlazení, která vytváří jemné mikrostruktury.
  • Tento proces umožňuje velkou kontrolu nad napájením laserem a trajektorií laseru.
  • Struktura vytvořená tímto procesem je bez trhlin a pórovitosti.
  • Tento proces využívá kompaktní technologii.
  • Tento proces je vhodný pro aplikaci tříděného materiálu.
  • Tento proces je vhodný pro výrobu téměř síťových tvarů.
  • Pro opravy dílů poskytuje tento proces zvláštní dispozice.

Jaká je role vláknových laserů v LMD?

Vláknové lasery, známé také jako lasery s optickými vlákny, jsou založeny na principu totálního vnitřního odrazu (TIR). Využívá fenomén TIR v optických vláknech k přenosu světla. Tyto lasery jsou schopné přenášet světlo na velké vzdálenosti a také pomáhají snižovat zkreslení laserového paprsku způsobené tepelnými efekty. Lasery na bázi optických vláken jsou schopny poskytovat vyšší výstupní výkon než jiné různé varianty laseru. Tyto lasery musí mít vysoký poměr povrchové plochy k objemu, aby poskytovaly kontinuální výstupní výkon kilowattového rozsahu s účinným chlazením. Vlnovod z optických vláken se používá ke snížení zkreslení optické dráhy způsobené tepelnými problémy. Tyto lasery jsou mnohem lépe ovladatelné, spolehlivější a konzistentnější ve srovnání s jinými typy laserů (lasery na oxid uhličitý nebo Nd: YAG).

FiberDiskLasery
Lasery z optických vláken. Zdroj obrázku: http://Ken-ichi Ueda – from author 3 fiber disk lasers, fiber lasers with transversal delivery of pump.

Jaké jsou aplikace laserového nanášení kovů?

Laserové nanášení kovů nebo LMD se používá pro řadu průmyslových výrobních operací. Tento proces si v posledních letech získává větší popularitu než procesy jako tepelné stříkání a svařování elektrickým obloukem. Některé z rozšířených aplikací laserového nanášení kovů:

  1. Používá se k opravě slinutých nástrojů.
  2. Používá se pro opravy letadel a automobilů.
  3. Používá se k opravě lopatek turbíny.
  4. Používá se pro povrchovou úpravu olejových vrtacích nástrojů.
  5. Používá se k výrobě a opravě lékařských implantátů.
  6. Používá se pro rychlé prototypování.
  7. Používá se pro výrobu kompozitů s kovovou matricí.
  8. Používá se pro výrobu samomazných povrchů.
  9. Používá se k opravě zkorodovaných nástrojů.
1920px SLS schematic.svg
LMD používané v procesu laserového slinování. 1.Laser 2Systém skeneru 3Systém podávání prášku 4Píst pro dodávání prášku 5 Váleček 6 Výrobní píst 7 Výrobní práškové lože 8 Vyráběný objekt (viz vložení) A Směr laserového skenování B Slinuté částice prášku (hnědý stav) C Laserový paprsek D Laserové slinování E Předem uložené práškové lože (zelený stav) F Nesintrovaný materiál v předchozích vrstvách. Zdroj obrázku: Gringer, Schéma SLS, CC BY-SA 4.0

Flexibilní funkce pro kovové a slitinové komponenty v LMD

Proces laserového nanášení kovů nebo LMD umožňuje předem řídit použitou energii. Kovový prášek se vstřikuje podle specifikovaného výstupního výkonu. Používá se k výrobě zakázkových slitin. Správné složení materiálu může být obtížné. Pokud složení není přesné, může být získání požadované slitiny obtížné. Některé běžné slitiny vyráběné tímto způsobem jsou železo-tantal, železná měď a titan-tantal.

Proč se lasery CO2 nepoužívají pro LMD?

Zpočátku, když byl poprvé zaveden proces laserového nanášení kovů, CO2 lasery byly široce používány. Lasery na bázi oxidu uhličitého mohou produkovat velmi silný spojitý paprsek IR světla s hlavními pásmy vlnových délek v rozmezí od 9.6 do 10.6 mikrometrů. S vývojem vláknových laserů se však začalo používat CO2 lasery byly sníženy. Tyto lasery byly poměrně nákladné a neumožňovaly řízený tok laserového výkonu.

Chcete-li se dozvědět více o souvisejícím svařování laserovým paprskem, navštivte https://techiescience.com/laser-beam-welding/

Přečtěte si více o Laserové opláštění.

Také čtení: