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.
טיפול משטח בלייזרלמעשה יש מספר גדול מאוד של קטגוריות יישום בנוסף לניקוי לייזר, כגון ליטוש לייזר, חיפוי לייזר, מרווה בלייזר וכן הלאה. 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 אתה מכיר את הסוגים הבאים של טיפול משטח לייזר?
מרווה בלייזר
התקשות בלייזר היא אחד הפתרונות לעיבוד רכיבים לחוצים ומורכבים ביותר, המאפשרת מתח גבוה יותר וחיים ארוכים יותר לחלקים בעלי בלאי גבוה, כגון גלי זיזים וכלי כיפוף.
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 בהתמדה את פני השטח בכיוון ההזנה, והחומר סביב קרן הלייזר מתקרר כל כך מהר ככל שקרן הלייזר זזה עד שסריג המתכת אינו מסוגל לחזור לצורתו המקורית, וכתוצאה מכך מרטנסיט, שגורם ל- תוצאה של מרטנסיט ועלייה 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:
1. קלט חום ממוקד מוגבל לאזור מקומי, וכתוצאה מכך כמעט ללא עיוות של רכיב במהלך העיבוד. עלויות העיבוד מחדש מופחתות או אפילו מבוטלות כליל;
2. התקשות אפילו על גיאומטריות מורכבות ורכיבים מדויקים, המאפשרת התקשות מדויקת של משטחים פונקציונליים מוגבלים מקומית שאינם ניתנים להקשחה 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"באופן זבוב". המשמעות היא שאין צורך להמיר את האופטיקה/כל המערכת.
Lשעירות אסר
גרוס בלייזר הוא אחד מכלי התהליך לשינוי פני השטח של חומרים מתכתיים. בתהליך המבנה, הלייזר יוצר גיאומטריות מסודרות באופן קבוע בשכבות או מצעים על מנת לשנות באופן מכוון מאפיינים טכניים 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.
לדוגמא מבני משטח הידרופוביים 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.
לוחות רכב לצביעה, עליך להפוך את פני השטח של הצלחת הדקה לחלוקה אחידה של "מיקרו-בור" כדי לשפר את הידבקות הצבע, עם אלפי עד עשרות אלפי פעמים בשנייה קרן לייזר פועמת מתמקדת על פני השטח של אירוע הגליל על הגליל, בנקודת המיקוד במשטח הגליל ליצירת בריכה קטנה ומסיסה, בו זמנית בצד הבריכה המסיסה המיקרו-נושבת, כך שהבריכה המסיסה של חומר מותך בהתאם לדרישות שצוינו ככל ערימה אפשרית לבריכה! 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; ניתנים לחזרה ומדויקים, לייזרים מאפשרים מבנים מבוקרים המדויקים עד למיקרון וקלים מאוד לשכפול; תחזוקה נמוכה, לייזרים הם ללא מגע ולכן נטולי שחיקה לחלוטין בהשוואה לכלים מכאניים הנלבשים במהירות; ואין צורך בעיבוד לאחר, ללא נמסים או שאריות עיבוד אחרות שנותרו מאחור על החלק המעובד בלייזר.
גימור משטח מסנוור בלייזר
טמפרור בלייזר נפוץ בטיפול משטח מסנוור בלייזר, הידוע גם בשם סימון צבע בלייזר. עיקרון התהליך הוא שחומר החימום בלייזר, המתכת חימום מקומי 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 של צבעי מזג בזמן זה, פני השכבה שנוצרו על ידי שכבת הסימון הצבעונית הזו, יחד עם אין צורך לשנות את זווית התצפית, תבנית הסימון תשתנה ממגוון צבעים שונים.
צבעים אלה נשארים יציבים בטמפרטורה עד כ. 200 מעלות. בטמפרטורות גבוהות יותר השער חוזר למצבו המקורי - הסימון נעלם. איכות פני השטח נשמרת ללא פגע. רמה גבוהה של אבטחה ועקיבות מושגת ביישומים נגד זיוף. בנוסף לסימון השחור החדש בלייזר פולס אולטרה קצר, שהתבסס בשנים האחרונות בתחום הטכנולוגיה הרפואית, הוא מתאים גם לסימון מוצרים ובכך לעקיבות ייחודית לפי הוראת UDI.
המסת לייזר
זהו תהליך ייצור תוסף המתאים לחומרים היברידיים מתכת ומתכת-קרמית. בעזרת זה, ניתן ליצור או לשנות גיאומטריות תלת מימדיות. בשיטת ייצור זו ניתן להשתמש בלייזרים גם לתיקון או ציפוי. לפיכך, בתחום התעופה והחלל, נעשה 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. ייצור תוסף משמש גם בייצור רכב. רכיבים רבים משתנים כאן.
בחיפוי מתכת לייזר קונבנציונלי, קרן הלייזר מחממת תחילה את חומר העבודה באופן מקומי ולאחר מכן יוצרת בריכה מותכת. לאחר מכן מרוססים אבקות מתכת עדינות מהזרבובית של ראש עיבוד הלייזר ישירות לתוך הבריכה המותכת. 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 השפעות תרמיות קטנות יותר, המסת מתכת בלייזר במהירות גבוהה מאפשרת גם לצפות 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 על ידי 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 הם 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 מודול 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.
הטכנולוגיה יכולה לשמש לאטום תאים מכוסים על מנת למנוע את התקמטות נייר הכסף, ובכך להאריך את חיי התאים. זה יכול לשמש גם ביישומים כגון ייבוש רדיד תאים, הספגה קלה של פאנלים סולאריים, וטיפול מדויק של האזור המיועד לחימום עבור חומרים ספציפיים כגון פלדה ופיסי סיליקון.
ליטוש בלייזר
המנגנון שלטכנולוגיית ליטוש לייזרהוא היתוך צר משטח והיתוך משטח על פני היתוך, תוך הסתמכות על התכה מחדש של פני השטח והתמצקות מחדש של השכבה המומסת בלייזר. כאשר משטח מתכת מוקרן בלייזר עם אנרגיה גבוהה מספיק, המשטח עובר מידה מסוימת של התכה מחדש וחלוקה מחדש, ומשטחים חלקים מושגים על ידי מתחי מתיחה וכבידה לפני התמצקות.
כל עובי שכבת ההיתוך קטן מגובה השוקת לשיא, ובכך מאפשר למתכת המותכת כולה למלא את השקתות הסמוכות, הכוח המניע למילוי זה הוא האפקט הנימי, בעוד ששכבת התכה עבה יותר גורמת למתכת הנוזלית. לזרום החוצה ממרכז בריכת ההיתוך, הכוח המניע לחלוקה מחדש הוא האפקט התרמו-נימי או אפקט מרקוני.
דוגמאות יישומים כגון קרמיקה סיליקון קרביד, החומר לרכיבים אופטיים קלים וגדולים בטלסקופ (במיוחד מראות בגודל גדול ומורכב.) RB-SiC, כחומר אופייני בעל קשיות גבוהה, בעל שלב מורכב, קשה ולא יעיל טכניקה לליטוש מדויק של משטחים. 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.
פיצוץ בלייזר
הצפה בלייזר, הידוע גם בשם פיצוץ לייזר, הוא קרינת לייזר עם צפיפות אנרגיה גבוהה, מיקוד גבוה, דופק קצר (λ=1053 ננומטר) של פני השטח של חלקי המתכת, מתכת פני השטח (או שכבת הקליטה) ב צפיפות הספק גבוהה של תפקיד הלייזר בהיווצרות מיידית של פיצוץ הפלזמה, פיצוץ גל ההלם באילוצים על השכבה התוחמת של חלקי המתכת בתוך ההעברה כך ששכבת פני השטח של הגרגרים מייצרת דפורמציה פלסטית דחיסה על פני השטח שכבת החלקים בטווח עבה יותר השג מאמץ לחיצה שיורי, עידון גרגירים והשפעות אחרות של חיזוק פני השטח. בהשוואה לפיצוץ מכני מסורתי יש את היתרונות הבאים
1. כיווניות חזקה: הלייזר פועל על משטח המתכת בזווית מבוקרת, עם יעילות המרת אנרגיה גבוהה, בעוד שזווית פגיעת הקליע המכני היא אקראית;
2. כוח גדול: התפרצות פלזמה בלייזר שנוצרה על ידי הלחץ המיידי עד כמה GPa; צפיפות הספק: צפיפות שיא ההספק של פגיעת הלייזר מגיעה לכמה עשרות GW/cm2;
שלמות פני השטח טובה: פגיעת הלייזר על פני השטח אינה כמעט אפקט קפיצה, ולאחר הצפה מכנית, המורפולוגיה של פני השטח ניזוקה כדי לייצר ריכוזי 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 מיושם בתחום טיפול פני המטוס, טיפול פני השטח של מנוע אווירי וכן הלאה.
