Lasermetalaflejring: 7 vigtige faktorer relateret til det

Indhold

  • Hvad er laser metalaflejring?
  • Hvordan fungerer processen med lasermetaldeponering?
  • Hvad er fordelene ved lasermetaldeponering?
  • Hvad fungerer fiberlasere i LMD?
  • Hvad er anvendelserne af lasermetaldeponering?
  • Fleksible funktioner til metal- og legeringskomponenter i LMD
  • Hvorfor bruges CO2-lasere ikke til LMD?

Hvad er laser metalaflejring?

Lasermetaldeponering eller LMD henviser til processen med at danne en pool af smeltet metal på et metallisk substrat ved hjælp af en laser. En gasstrøm anvendes til injektion af metalpulver i substratet. Dette absorberede metalpulver danner en metalaflejring på substratet af metallet. Denne fremgangsmåde til fremstilling af additiver anvendes til flere formål, såsom reparation af metalkomponenter, støbning af metal- eller legeringsværktøjer, metalskruer, ventiler osv. Laseraflejring er ved at blive en udbredt teknik inden for fremstilling.

laser metalaflejring
Aflejring af metallag på en overflade af LMD. Billedkilde: http://Firstcomer, Роботизированная лазерная наплавка в импульсном режиме, CC BY-SA 4.0

Hvordan fungerer processen med lasermetaldeponering?

Lasermetalaflejringsprocessen involverer brugen af ​​laterale eller koaksiale dyser til at blæse pulver ind i proceszonen af ​​metallet. Generelt er det pulver, der anvendes til laserbeklædning, af metallisk karakter. Pulveret interagerer med laserstrålen, som forvarmer partiklerne til deres smeltepunkter. Det smeltede pulver danner derefter metalbassinet på overfladen. Denne metalbassin afkøles senere for at danne et metallisk lag på overfladen efter behov. Undertiden bevæges substratet til størkning af den metalliske aflejring.

Substratets bevægelse styres ved hjælp af CAD- eller computerstøttet designsystem. Det bruges til at implantere faste materialer i et sporemønster. Det ønskede mønster opnås, når banen er slut. I nogle designs er laser- eller dysesystemet bevægeligt og bevæger sig over et stationært substrat for at producere størknede spor. Flere lag er bygget op over hinanden for at danne en tredimensionel komponent. Geometrisk nøjagtighed er høj for denne proces.

Dysekonfigurationer med laserbeklædning
4 forskellige typer metallisk pulverfodringssystemer. !. Wiresystem, 2. Lateralt dysesystem, 3. Radial dysesystem, 4. konisk dysesystem. Billedkilde: MaterialgeezaDysekonfigurationer med laserbeklædningCC BY-SA 3.0

Hvad er fordelene ved lasermetaldeponering?

Processen med lasermetaldeponering har fået mere popularitet i de senere år over processer som termisk sprøjtning og gasmetalbuesvejsning, fordi:

  • Denne proces er en velegnet metode til objekter af enhver form og struktur.
  • Denne proces skaber mindre forvrængning fra den krævede bane.
  • Denne proces spreder ikke meget varme, hvilket reducerer varmeskader i materialer.
  • Denne proces bruges til at opnå lav fortynding mellem substratet og sporene og samtidig etablere en stærk metallurgisk binding.
  • Denne proces har en høj kølehastighed, der producerer fine mikrostrukturer.
  • Denne proces giver stor kontrol over laserstrømforsyningen og laserbanen.
  • Strukturen dannet ved denne proces er blottet for revne og porøsitet.
  • Denne proces bruger kompakt teknologi.
  • Denne proces er passende til den klassificerede materialeanvendelse.
  • Denne proces er velegnet til fremstilling af næsten netform.
  • Til reparation af dele giver denne proces særlige dispositioner.

Hvad er fiberlasers rolle i LMD?

Fiberlasere, også kendt som optiske fiberlasere, er baseret på princippet om total intern refleksion (TIR). Det bruger TIR-fænomenet i optiske fibre til transmission af lys. Disse lasere er i stand til at transmittere lys over store afstande og hjælper også med at reducere forvrængning af laserstråle forårsaget af termiske effekter. Optiske fiberbaserede lasere er i stand til at give højere udgangseffekt end de andre forskellige laservarianter. Disse lasere skal have et højt forhold mellem overfladeareal og volumen for at give kontinuerlig udgangseffekt i kilowatt-området med effektiv afkøling. Den optiske fiberbølgeleder bruges til at reducere den optiske baneforvrængning forårsaget af termiske problemer. Disse lasere er langt mere kontrollerbare, pålidelige og konsistente sammenlignet med andre typer lasere (kuldioxid eller Nd: YAG-lasere).

FiberDiskLasere
Optiske fiberlasere. Billedkilde: http://Ken-ichi Ueda – from author 3 fiber disk lasers, fiber lasers with transversal delivery of pump.

Hvad er anvendelserne af lasermetaldeponering?

Lasermetaldeponering eller LMD anvendes til en række industrielle fremstillingsoperationer. Processen har fået mere popularitet i de senere år over processer som f.eks termisk sprøjtning , svejsning af lysbue i gas. Nogle af de udbredte anvendelser af lasermetaldeponering:

  1. Det bruges til reparation af sintret værktøj.
  2. Det bruges til reparation af rumfart og bilkomponenter.
  3. Det bruges til reparation af vindmøller.
  4. Det bruges til overfladebehandling af olieboringsinstrumenter.
  5. Det bruges til fremstilling og reparation af medicinske implantater.
  6. Det bruges til hurtig prototyping.
  7. Det bruges til metalmatrix-sammensat fabrikation.
  8. Det bruges til selvsmørende overfladeproduktion.
  9. Det bruges til korroderet værktøjsreparation.
1920px SLS schematic.svg
LMD anvendes i lasersintringsproces. 1.Laser 2.Scannersystem 3.Pulverleveringssystem 4.Pulverleveringsstempel 5 Roller 6 Fabrikationsstempel 7 Fabrikationspulver seng 8 Genstand fremstilles (se indsats) A Retning for laserscanning B Sintrede pulverpartikler (brun tilstand) C Laser stråle D Lasersintring E Forudplaceret pulverleje (grøn tilstand) F Usinteret materiale i tidligere lag. Billedkilde: GringerSLS-skematiskCC BY-SA 4.0

Fleksible funktioner til metal- og legeringskomponenter i LMD

Processen med lasermetaldeponering eller LMD gør det muligt at kontrollere den påførte effekt på forhånd. Metalpulveret injiceres i henhold til den specificerede effekt. Dette bruges til fremstilling af speciallegeringer. Korrekt materialesammensætning kan være vanskelig. Hvis sammensætningen ikke er nøjagtig, kan det være vanskeligt at opnå den nødvendige legering. Nogle almindelige legeringer fremstillet ved denne proces er jern-tantal, jern-kobber og titanium-tantal.

Hvorfor bruges CO2-lasere ikke til LMD?

Oprindeligt, da processen med lasermetaldeponering først blev introduceret, blev CO2 lasere blev meget brugt. Kuldioxidlasere kan producere en kontinuerlig IR-lysstråle med meget høj effekt med de vigtigste bølgelængdebånd i området fra 9.6 til 10.6 mikrometer. Men med udviklingen af ​​fiberlasere er brugen af ​​CO2 lasere blev reduceret. Disse lasere var forholdsvis dyrere og tillod ikke en kontrolleret strøm af laserkraft.

For at vide mere om relateret laserstrålesvejsningsbesøg https://lambdageeks.com/laser-beam-welding/

Læs mere om Laser beklædning.

Læs også: