레이저 기술은 용접, 절단 및 마킹에 광범위하게 사용되는 것으로 오랫동안 알려져 왔습니다. 지난 2년 동안 레이저 클리닝이 점차 대중화되면서 레이저 표면 처리에 대한 개념이 점점 더 주목을 받고 사람들의 마음 속에 떠오르고 있습니다. 레이저는 높은 유연성, 빠른 속도, 소음 없음, 열 영향 영역의 작은 비파괴 기본 재료, 소모품 없음 및 환경 보호 및 저탄소를 갖춘 비접촉 방식으로 처리됩니다.
레이저 클리닝 외에도 실제로 레이저 연마, 레이저 클래딩, 레이저 경화 등과 같은 많은 응용 범주가 있습니다. 이러한 방법은 표면을 소수성 기능으로 만들거나 레이저 펄스를 사용하여 직경이 약 10미크론이고 깊이가 1m에 불과한 작은 함몰부를 만드는 등 재료 표면의 특정 물리적, 화학적 특성을 변경하는 데 사용됩니다. 거칠기를 증가시키고 표면 접착력을 향상시키기 위해 몇 미크론입니다.
레이저 클리닝 외에도 다음과 같은 레이저 표면 처리 방법을 알고 계십니까?
1. 레이저 경화
레이저 담금질은 응력이 높은 복잡한 부품을 가공하기 위한 솔루션 중 하나입니다. 캠샤프트, 벤딩 공구 등 마모가 심한 부품의 응력을 증가시켜 부품의 수명을 연장할 수 있습니다.
그 원리는 탄소가 함유된 가공물의 표피를 약간 낮은 녹는점으로 가열하여 금속 격자의 탄소 원자를 재배열하는 것입니다(900-1400도, 조사 전력의 40%가 흡수됨). , 레이저 빔은 공급 방향을 따라 가열 표면을 안정화시키고 레이저 빔이 이동함에 따라 주변 재료가 빠르게 냉각됩니다. 금속 격자는 원래 형태로 복원되지 않아 마르텐사이트가 생성되어 경도가 크게 증가합니다. 레이저 경화에 의해 달성되는 탄소강 외층의 경화 깊이는 일반적으로 0.1-1.5mm이며, 일부 재료에서는 2.5mm 이상이 달성될 수 있습니다. 전통적인 담금질 방법과 비교할 때 장점은 다음과 같습니다. 1. 목표 열 입력이 국부적으로 제한되므로 가공 중에 부품 뒤틀림이 거의 없습니다. 재작업 비용을 줄이거나 완전히 없앨 수도 있습니다. 2. 복잡한 기하학적 표면과 정밀 부품에서도 경화할 수 있어 전통적인 담금질 방법으로는 담금질할 수 없는 국부적으로 제한된 기능 표면의 정확한 경화를 실현할 수 있습니다. 3. 왜곡이 없습니다. 기존의 경화 공정에서는 더 높은 에너지 입력과 담금질로 인해 변형이 발생하지만, 레이저 경화 공정에서는 레이저 기술과 온도 제어 덕분에 열 입력을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 구성 요소는 거의 원래 상태로 유지됩니다. 4. 부품의 경도 형상은 "즉시" 변경될 수 있습니다. 이는 광학 장치/전체 시스템을 변환할 필요가 없음을 의미합니다.
2. 레이저 텍스처링
레이저 코팅은 금속 재료의 표면 개질을 위한 기술적인 방법 중 하나입니다. 구조화 과정에서 레이저는 기술적 특성을 변경하고 목표한 방식으로 새로운 기능을 개발하기 위해 층이나 기판에 규칙적으로 배열된 기하학적 구조를 만듭니다. 작업 과정은 대략적으로 레이저 방사선(보통 레이저 광의 짧은 펄스)을 사용하여 반복 가능한 방식으로 표면에 규칙적으로 배열된 기하학적 모양을 생성하는 것입니다. 레이저 빔은 제어된 방식으로 재료를 녹이고 적절한 공정 관리를 통해 정의된 구조로 응고됩니다.
예를 들어, 소수성 표면 구조로 인해 물이 표면에서 흘러내릴 수 있습니다. 이 특성은 초단펄스 레이저로 표면에 서브미크론 구조를 생성함으로써 얻을 수 있으며, 생성되는 구조는 레이저 매개변수를 변경하여 정밀하게 제어할 수 있습니다. 친수성 표면과 같은 반대 효과도 얻을 수 있습니다.
물방울 레이저는 관련 기술로 표면 거칠기를 향상시킵니다.
자동차 패널을 도장하려면 시트 표면에 도료의 접착력을 높이기 위해 '마이크로 피트'가 고르게 분포되어야 하며, 초당 수천~수만회 집속되는 펄스 레이저 빔이 롤 표면에 입사되어 형성됩니다. 초점의 롤 표면에 작은 용융 풀을 불어 넣고 작은 용융 풀을 옆으로 불어서 용융 풀의 용융물이 용융 풀의 가장자리에 최대한 퇴적되어 볼록한 원호를 형성합니다. 지정된 요구 사항. 이러한 작은 돌기와 미세 구멍은 재료 표면의 거칠기를 개선하고 페인트의 접착력을 높일 뿐만 아니라 재료의 표면 경도를 향상시키고 수명을 연장할 수 있습니다. 일부 금속 재료의 마찰 특성이나 전기 및 열 전도성과 같은 특정 특성은 레이저 구조에 의해 생성됩니다. 또한, 레이저 구조화는 가공물의 결합 강도와 사용 수명도 증가시킵니다.
기존 방법에 비해 표면 레이저 구조화는 환경 친화적이며 추가 샌드블라스팅 에이전트나 화학 물질이 필요하지 않습니다. 반복 가능하고 정확한 레이저는 미크론까지 제어된 구조를 달성하며 복제가 매우 쉽습니다.
반복 가능하고 정확한 레이저는 미크론까지 제어된 구조를 달성하며 복제가 매우 쉽습니다. 유지 보수가 적고 레이저는 빠르게 마모되는 기계 도구에 비해 비접촉식이므로 마모가 전혀 없습니다. 후처리가 필요하지 않으며, 레이저 가공 부품에 용융물이나 기타 가공 잔여물이 남지 않습니다.
3. 레이저 컬러링
레이저 템퍼링은 일반적으로 레이저 컬러 마킹이라고도 알려진 레이저 착색 표면 처리에 사용됩니다. 이 공정의 원리는 레이저가 재료를 가열할 때 금속이 국부적으로 녹는점보다 약간 낮은 수준으로 가열되고 게이트의 구조가 적절한 공정 매개변수에 따라 변경된다는 것입니다. 공작물의 표면에 산화물 층이 형성됩니다. 이 필름 층은 광 조사 하에서 입사광 간섭으로 인해 다양한 템퍼 색상이 나타납니다. 표면은 이 매직 컬러 마킹 층에 의해 생성됩니다. 관찰 각도가 변경되면 표시된 패턴도 다양한 색상으로 변경됩니다.
이 색상은 최대 약 200도까지 안정적인 온도를 유지합니다. 더 높은 온도에서는 그리드가 초기 상태로 되돌아가 표시가 사라집니다. 표면 품질은 그대로 유지됩니다. 위조 방지 적용 시 높은 수준의 보안과 추적성을 갖추고 있습니다. 최근에는 의료 기술 분야에서 성숙해졌으며 초단 펄스 레이저를 통한 새로운 블랙 마킹 외에도 제품 식별에도 매우 적합하여 UDI 지침에 따라 고유한 추적성을 달성합니다.
4. 레이저 클래딩
금속과 서멧 혼합재료에 적합한 적층가공 공정입니다. 이를 통해 3D 형상을 생성하거나 수정할 수 있습니다. 이 생산 방법을 사용하면 레이저를 수리하거나 코팅할 수도 있습니다. 따라서 항공우주 분야에서는 적층 가공을 통해 터빈 블레이드를 수리하고 있습니다. 도구 및 금형 제작 분야에서는 갈라지거나 마모된 가장자리와 기능성 표면을 수리하거나 부분적으로 장갑을 씌울 수도 있습니다. 마모와 부식을 방지하기 위해 에너지 기술이나 석유화학 분야에서 베어링 위치, 롤러 또는 유압 구성품을 코팅합니다. 적층 제조는 자동차 제조에도 사용됩니다. 여기에서는 많은 구성 요소가 수정되었습니다. 기존의 레이저 금속 클래딩에서는 레이저 빔이 먼저 공작물을 국부적으로 가열한 다음 용융 풀을 형성합니다. 그런 다음 미세한 금속 분말이 레이저 가공 헤드의 노즐에서 용융 풀로 직접 분사됩니다. 고속 레이저 금속 클래딩 공정에서 분말 입자는 베이스 표면 위에서 거의 녹는 온도까지 가열됩니다. 따라서, 분말 입자를 녹이는 데 더 적은 시간이 필요합니다. 효과: 프로세스 속도가 크게 향상됩니다. 열 효과가 작기 때문에 알루미늄 및 주철 합금과 같이 열에 매우 민감한 재료를 고속 레이저 금속 클래딩으로 코팅하는 것도 가능합니다. HS-LMD 공정을 사용하면 회전 대칭 표면에 최대 1500cm²/min의 매우 높은 표면 속도를 형성할 수 있습니다. 동시에 분당 최대 수백 미터의 공급 속도가 달성됩니다. 레이저 분말 레이저 금속 클래딩을 사용하면 고가의 부품이나 금형을 빠르고 쉽게 수리할 수 있습니다. 크고 작은 부상은 거의 흔적 없이 신속하게 치료될 수 있습니다. 디자인 변경도 가능합니다. 이를 통해 시간, 에너지 및 재료가 절약됩니다. 특히 니켈이나 티타늄과 같은 값비싼 금속의 경우 그만한 가치가 있습니다. 일반적인 응용 분야로는 터빈 블레이드, 다양한 피스톤, 밸브, 샤프트 또는 다이 등이 있습니다.
5. 레이저 열처리
수천 개의 마이크로 레이저(VCsel)가 단일 칩에 탑재됩니다. 각 송신기에는 56개의 칩이 장착되어 있으며 모듈은 여러 송신기로 구성됩니다. 직사각형 복사 영역은 수백만 개의 마이크로 레이저를 포함할 수 있으며 수 킬로와트의 적외선 레이저 출력을 출력할 수 있습니다. VCSEL은 지향성 직사각형 빔 단면의 넓은 영역을 통해 방사 강도가 100W/cm²인 근적외선 빔을 생성합니다. 원칙적으로 이 기술은 정밀한 표면 및 온도 제어가 필요한 모든 산업 공정에 적합합니다. 레이저 열처리 모듈은 특히 고정밀 및 유연한 대면적 가열 애플리케이션에 적합합니다. 기존 가열 방법과 비교하여 이 새로운 가열 공정은 더 큰 유연성, 정확성 및 비용 절감 효과를 제공합니다.
이 기술을 사용하면 포장된 배터리를 밀봉하여 알루미늄 호일의 주름을 방지하고 배터리 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 셀 알루미늄 호일 건조, 태양광 침투 패널, 강철 및 실리콘 웨이퍼와 같은 특정 재료의 가열 영역을 정밀하게 처리하는 데에도 사용할 수 있습니다.
6. 레이저 연마
레이저 연마 기술의 메커니즘은 표면의 재용해와 레이저 재용해층의 재응고화에 의존하여 표면의 좁은 용융과 표면의 과용융입니다. 충분히 높은 에너지의 레이저를 금속 표면에 조사하면 표면이 어느 정도 재용융, 재분배되고 표면 인장 응력과 중력의 작용을 통해 응고되기 전에 매끄러운 표면이 달성됩니다. 용융층의 전체 두께가 파도의 정점까지의 골 높이보다 얇아 용탕 전체가 인근 골에 채워지게 되는데, 이러한 충진의 추진력은 모세관 효과에 의해 이루어지며, 용융 층이 두꺼울수록 액체 금속이 용융 풀의 중심에서 바깥쪽으로 흐르도록 촉진합니다. 원동력은 열 모세관 효과 또는 이를 재분배하는 마르코니 효과입니다.
탄화규소 세라믹 소재의 경량 대형 망원경 광학 부품(특히 대형 및 복잡한 모양의 거울)과 같은 응용 사례. RB-SiC는 대표적인 고경도 다상 소재로 표면 정밀 연마 기술이 어렵고 효율이 낮다. Si 분말로 사전 코팅된 RB-SiC 표면을 펨토초 레이저로 변형함으로써 단 4.5시간의 연마만으로 표면 거칠기 Sq 4.45nm의 광학 표면을 얻을 수 있으며, 연마 효율은 그보다 3배 이상 높습니다. 직접 연삭 연마. 레이저 연마는 금형, CAM 및 터빈 블레이드 연마에도 널리 사용됩니다.
7. 레이저 피닝
레이저 쇼트 피닝이라고도 불리는 레이저 충격 강화는 금속 부품의 표면에 고에너지 밀도, 고초점, 단펄스 레이저(λ=1053nm)를 가하여 표면 금속(또는 흡수층)에 순간적으로 조사하는 방법입니다. 고출력 밀도 레이저의 작용으로 플라즈마 폭발을 형성하고 폭발 충격파가 구속층 아래 금속 부품 내부로 전달되어 표면 입자가 압축 소성 변형을 일으킵니다. 부품의 표면이 두꺼울수록 잔류 압축 응력, 결정립 미세화 등의 표면 강화 효과가 나타납니다. 전통적인 기계식 쇼트 블라스팅과 비교하면 다음과 같은 장점이 있습니다.
1. 강한 방향성: 레이저는 제어 가능한 각도로 금속 표면에 작용하며 에너지 변환 효율은 높지만 기계적 발사체 충격 각도는 무작위입니다.
2. 큰 힘: 레이저 샷 블라스팅 플라즈마에 의해 생성된 순간 압력은 수 GPa만큼 높습니다. 높은 전력 밀도: 레이저 충격 피크 전력 밀도는 수십 GW/cm2에 이릅니다.
3. 우수한 표면 무결성 : 레이저 충격은 표면에 스퍼터링 효과가 거의 없으며 기계적 쇼트 피닝 후 표면 지형이 손상되고 응력 집중이 발생합니다. 레이저 충격 후 최대 압축 응력 값이 더 좋습니다. 표면 잔류 압축 응력은 약 40%~50% 증가하고 공작물의 피로 수명, 고온 저항 및 굽힘 성형이 크게 향상됩니다. 현재 항공기 표면 처리, 항공기 엔진 표면 처리 및 기타 분야에 사용되었습니다.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd.는 자동 레이저 클래딩 기계, 고속 레이저 클래딩 기계, 레이저 담금질 기계, 레이저 용접 기계 및 레이저 3D 인쇄 장비의 R&D, 제조 및 판매를 전문으로 하는 하이테크 기업입니다. 당사의 제품은 비용 효율적이며 국내 및 해외에서 판매됩니다. 당사 제품에 관심이 있으시면 bob@gshenglaser.com번으로 문의해 주십시오.