Le traitement de surface au laser est une technologie qui utilise un faisceau laser à haute densité de puissance pour chauffer la surface du matériau sans contact et réalise sa modification de surface au moyen d'un refroidissement conducteur de la surface du matériau elle-même.Il est bénéfique d'améliorer les propriétés mécaniques et physiques de la surface du matériau, ainsi que la résistance à l'usure, à la corrosion et à la fatigue des pièces.Ces dernières années, les technologies de traitement de surface au laser telles que le nettoyage au laser, la trempe au laser, l'alliage au laser, le renforcement des chocs au laser et le recuit au laser, ainsi que le revêtement au laser, l'impression 3D au laser, la galvanoplastie au laser et d'autres technologies de fabrication additive au laser ont ouvert la voie à de larges perspectives d'application. .
1. Nettoyage au laser
Le nettoyage au laser est une nouvelle technologie de nettoyage de surface en développement rapide, qui utilise un faisceau laser pulsé à haute énergie pour irradier la surface de la pièce, de sorte que la saleté, les particules ou le revêtement sur la surface puissent s'évaporer ou se dilater instantanément, réalisant ainsi le processus de nettoyage. et purification.Le nettoyage au laser est principalement divisé en élimination de la rouille, élimination de l'huile, élimination de la peinture, élimination du revêtement et autres processus ;Il est principalement utilisé pour le nettoyage des métaux, le nettoyage des reliques culturelles, le nettoyage de l'architecture, etc. Basé sur ses fonctions complètes, son traitement précis et flexible, son rendement élevé et ses économies d'énergie, sa protection de l'environnement verte, aucun dommage au substrat, son intelligence, sa bonne qualité de nettoyage, sécurité, large application et autres caractéristiques et avantages, il est devenu de plus en plus populaire dans divers domaines industriels.
Comparé aux méthodes de nettoyage traditionnelles telles que le nettoyage par friction mécanique, le nettoyage contre la corrosion chimique, le nettoyage liquide solide à fort impact, le nettoyage par ultrasons à haute fréquence, le nettoyage au laser présente des avantages évidents.
2. Trempe laser
La trempe laser utilise un laser à haute énergie comme source de chaleur pour rendre la surface métallique chaude et froide rapidement.Le processus de trempe est terminé instantanément pour obtenir une dureté élevée et une structure martensite ultra-fine, améliorer la dureté et la résistance à l'usure de la surface métallique et former une contrainte de compression sur la surface pour améliorer la résistance à la fatigue.Les principaux avantages de ce procédé comprennent une petite zone affectée par la chaleur, une faible déformation, un degré élevé d'automatisation, une bonne flexibilité de trempe sélective, une dureté élevée des grains raffinés et une protection intelligente de l'environnement.Par exemple, le point laser peut être ajusté pour éteindre n’importe quelle position en largeur ;Deuxièmement, la tête laser et la liaison robot multi-axes peuvent éteindre la zone désignée des pièces complexes.Pour un autre exemple, la trempe laser est extrêmement chaude et rapide, et la contrainte de trempe et la déformation sont faibles.La déformation de la pièce avant et après la trempe laser peut être presque ignorée, elle est donc particulièrement adaptée au traitement de surface de pièces ayant des exigences de haute précision.
À l'heure actuelle, la trempe laser a été appliquée avec succès au renforcement de surface de pièces vulnérables dans l'industrie automobile, l'industrie des moules, l'industrie des outils et des machines, en particulier pour améliorer la durée de vie des pièces vulnérables telles que les engrenages, les surfaces d'arbres, les guides, les mâchoires et moules.Les caractéristiques de la trempe laser sont les suivantes :
(1) La trempe laser est un processus de chauffage rapide et de refroidissement auto-excité, qui ne nécessite pas de conservation de la chaleur du four ni de trempe du liquide de refroidissement.Il s'agit d'un processus de traitement thermique sans pollution, écologique et respectueux de l'environnement, qui peut facilement mettre en œuvre une trempe uniforme sur la surface de grands moules ;
(2) Comme la vitesse de chauffage du laser est rapide, la zone affectée par la chaleur est petite et la trempe thermique par balayage de surface, c'est-à-dire la trempe thermique locale instantanée, la déformation de la matrice traitée est très faible ;
(3) En raison du faible angle de divergence du faisceau laser, il a une bonne directivité et peut éteindre localement avec précision la surface du moule via le système de guidage de lumière ;
(4) La profondeur de la couche durcie de la trempe de surface au laser est généralement de 0,3 à 1,5 mm.
3. Recuit laser
Le recuit au laser est un processus de traitement thermique qui utilise le laser pour chauffer la surface du matériau, exposer le matériau à une température élevée pendant une longue période, puis le refroidir lentement.L’objectif principal de ce processus est de libérer les contraintes, d’augmenter la ductilité et la ténacité du matériau et de produire une microstructure spéciale.Il se caractérise par la capacité d'ajuster la structure matricielle, de réduire la dureté, d'affiner les grains et d'éliminer les contraintes internes.Ces dernières années, la technologie de recuit laser est également devenue un nouveau processus dans l'industrie de transformation des semi-conducteurs, qui peut grandement améliorer l'intégration des circuits intégrés.
4. Renforcement des chocs laser
La technologie de renforcement des chocs laser est une nouvelle et haute technologie qui utilise l'onde de choc plasma générée par un faisceau laser puissant pour améliorer l'anti-fatigue, la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion des matériaux métalliques.Il présente de nombreux avantages exceptionnels, tels qu'une absence de zone affectée par la chaleur, une efficacité énergétique élevée, un taux de déformation ultra-élevé, une forte contrôlabilité et un effet de renforcement remarquable.Dans le même temps, le renforcement des chocs laser présente les caractéristiques d’une contrainte de compression résiduelle plus profonde, d’une meilleure microstructure et intégrité de surface, d’une meilleure stabilité thermique et d’une durée de vie plus longue.Ces dernières années, cette technologie a connu un développement rapide et joue un rôle important dans l'industrie aérospatiale, de la défense nationale et militaire, ainsi que dans d'autres domaines.De plus, le revêtement est principalement utilisé pour protéger la pièce des brûlures laser et améliorer l'absorption de l'énergie laser.À l'heure actuelle, les matériaux de revêtement couramment utilisés sont la peinture noire et le papier d'aluminium.
Le martelage laser (LP), également connu sous le nom de martelage par choc laser (LSP), est un processus appliqué dans le domaine de l'ingénierie des surfaces, c'est-à-dire l'utilisation de faisceaux laser pulsés de haute puissance pour générer des contraintes résiduelles dans les matériaux afin d'améliorer la résistance à l'usure. (telles que la résistance à l'usure et la résistance à la fatigue) des surfaces des matériaux, ou pour améliorer la résistance de sections minces de matériaux afin d'améliorer la dureté de surface des matériaux.
Contrairement à la plupart des applications de traitement des matériaux, le LSP n'utilise pas la puissance laser pour le traitement thermique afin d'obtenir l'effet souhaité, mais utilise l'impact du faisceau pour le traitement mécanique.Un faisceau laser haute puissance est utilisé pour impacter la surface de la pièce cible avec une impulsion courte haute puissance.
Le faisceau lumineux frappe la pièce métallique, vaporise immédiatement la pièce dans un état de plasma mince et applique une pression d'onde de choc à la pièce.Parfois, une fine couche de matériau de revêtement opaque est ajoutée à la pièce pour remplacer l'évaporation du métal.Pour mettre sous pression, d'autres matériaux de revêtement transparents ou des couches d'interférence inertielle sont utilisés pour capturer le plasma (généralement de l'eau).
Le plasma produit un effet d'onde de choc, remodèle la microstructure de surface de la pièce au point d'impact, puis génère une réaction en chaîne d'expansion et de compression du métal.La contrainte de compression profonde générée par cette réaction peut prolonger la durée de vie du composant.
5. Alliage au laser
L'alliage laser est une nouvelle technologie de modification de surface, qui peut être utilisée pour préparer des revêtements composites en cermet renforcés nanocristallins amorphes sur la surface des pièces structurelles en fonction de différentes conditions de service des matériaux aéronautiques et des caractéristiques du chauffage et du taux de condensation du faisceau laser à haute densité d'énergie. afin d'atteindre l'objectif de modification de surface des matériaux aéronautiques.Par rapport à la technologie d'alliage laser, la technologie de revêtement laser présente les caractéristiques d'un faible rapport de dilution du substrat par rapport au bassin fondu, d'une petite zone affectée par la chaleur, d'une petite déformation thermique de la pièce et d'un faible taux de rebut de la pièce après le traitement de revêtement laser.Le revêtement laser peut améliorer considérablement les propriétés de surface des matériaux et réparer les matériaux usés.Il présente les caractéristiques d'un rendement élevé, d'une vitesse rapide, d'une protection de l'environnement verte et sans pollution, ainsi que de bonnes performances de la pièce après traitement.
6. Revêtement laser
La technologie de revêtement laser est également l'une des nouvelles technologies de modification de surface représentant l'orientation du développement et le niveau de l'ingénierie de surface.La technologie de revêtement laser est devenue un point chaud de la recherche dans la modification de surface des alliages de titane en raison de ses avantages de combinaison métallurgique et sans pollution entre le revêtement et le substrat.Le revêtement céramique de revêtement laser ou le revêtement composite renforcé de particules de céramique sont un moyen efficace d'améliorer la résistance à l'usure de la surface de l'alliage de titane.En fonction des conditions de travail réelles, sélectionnez le système de matériaux approprié et la technologie de revêtement laser pourra répondre aux meilleures exigences du processus.La technologie de revêtement laser peut réparer diverses pièces défectueuses, telles que les pales des moteurs d’avion.
La différence entre l'alliage de surface laser et le revêtement de surface laser réside dans le fait que l'alliage de surface laser consiste à mélanger complètement les éléments d'alliage ajoutés et la couche de surface du substrat à l'état liquide pour former une couche d'alliage ;Le revêtement de surface laser consiste à faire fondre tout le pré-revêtement et à micro-fondre la surface du substrat, de sorte que la couche de revêtement et le matériau du substrat forment une combinaison métallurgique et maintiennent la composition de la couche de revêtement fondamentalement inchangée.La technologie d'alliage laser et de revêtement laser est principalement utilisée pour améliorer la résistance à l'usure de la surface, la résistance à la corrosion et la résistance à la gradation des alliages de titane.
À l'heure actuelle, la technologie de revêtement laser est largement utilisée dans la réparation et la modification de surfaces métalliques.Cependant, bien que le revêtement laser traditionnel présente les avantages et les caractéristiques d'un traitement flexible, d'une réparation de forme spéciale, d'un additif défini par l'utilisateur, etc., son efficacité de travail est faible et il ne peut toujours pas répondre aux exigences d'une production et d'un traitement rapides à grande échelle. certains domaines de production.Afin de répondre aux besoins de la production de masse et d’améliorer l’efficacité du revêtement, la technologie de revêtement laser à grande vitesse a vu le jour.
La technologie de revêtement laser à grande vitesse permet de réaliser une couche de revêtement compacte et sans défauts.La qualité de surface de la couche de revêtement est compacte, liaison métallurgique avec le substrat, aucun défaut ouvert et la surface est lisse.Il peut être traité non seulement sur le corps en rotation, mais également sur une surface plane et complexe.Grâce à une optimisation technique continue, cette technologie peut être largement utilisée dans les industries du charbon, de la métallurgie, des plates-formes offshore, de la fabrication du papier, des appareils civils, des automobiles, des navires, du pétrole et de l'aérospatiale, et devenir un processus de refabrication écologique qui peut remplacer la technologie de galvanoplastie traditionnelle.
7. Gravure laser
La gravure au laser est un processus de traitement au laser qui utilise la technologie CNC pour projeter un faisceau laser à haute énergie sur la surface du matériau et utilise l'effet thermique généré par le laser pour produire des motifs clairs sur la surface du matériau.La dénaturation physique de la fusion et la gazéification des matériaux de traitement sous l'irradiation de la gravure laser peuvent permettre à la gravure laser d'atteindre les objectifs de traitement.La gravure laser consiste à utiliser un laser pour graver des mots sur un objet.Les mots gravés par cette technologie n'ont pas d'entailles, la surface de l'objet est lisse et plate et l'écriture manuscrite ne sera pas usée.Ses caractéristiques et avantages incluent : sûr et fiable ;Précise et méticuleuse, la précision peut atteindre 0,02 mm ;Économisez la protection de l'environnement et les matériaux pendant le traitement ;Gravure à grande vitesse et à grande vitesse selon les dessins de sortie ;Faible coût, non limité par la quantité de traitement, etc.
8. Impression 3D laser
Le processus adopte une technologie de revêtement laser, qui utilise le laser pour irradier le flux de poudre transporté par la buse afin de faire fondre directement la substance simple ou la poudre d'alliage.Après le départ du faisceau laser, le liquide de l'alliage se solidifie rapidement pour réaliser le prototypage rapide de l'alliage.À l'heure actuelle, il est largement utilisé dans la modélisation industrielle, la fabrication de machines, l'aérospatiale, l'armée, l'architecture, le cinéma et la télévision, les appareils électroménagers, l'industrie légère, la médecine, l'archéologie, la culture et l'art, la sculpture, la bijouterie et d'autres domaines.
9. Applications industrielles typiques du traitement de surface et de la refabrication au laser
À l'heure actuelle, les technologies, processus et équipements de traitement de surface au laser et de fabrication additive sont largement utilisés dans la métallurgie, les machines minières, les moules, l'énergie pétrolière, les outils matériels, le transport ferroviaire, l'aérospatiale, les machines et d'autres industries.
10. Application de la technologie de galvanoplastie laser
La galvanoplastie laser est une nouvelle technologie de galvanoplastie par faisceau à haute énergie, qui revêt une grande importance pour la production et la réparation de dispositifs microélectroniques et de circuits intégrés à grande échelle.À l'heure actuelle, bien que les principes de la galvanoplastie laser, de l'ablation laser, du dépôt laser plasma et du jet laser soient encore à l'étude, leurs technologies ont été appliquées.Lorsqu'un laser continu ou un laser pulsé irradie la surface de la cathode dans le bain de galvanoplastie, non seulement le taux de dépôt du métal peut être considérablement amélioré, mais l'ordinateur peut également être utilisé pour contrôler la trajectoire du faisceau laser afin d'obtenir le revêtement non protégé du géométrie complexe attendue.
L’application pratique de la galvanoplastie laser repose principalement sur les deux caractéristiques suivantes :
(1) La vitesse dans la zone d’irradiation laser est beaucoup plus élevée que la vitesse de galvanoplastie dans le corps (environ 103 fois) ;
(2) La capacité de contrôle du laser est forte, ce qui peut faire précipiter la partie nécessaire du matériau la quantité requise de métal.La galvanoplastie ordinaire a lieu sur l'ensemble du substrat d'électrode et la vitesse de galvanoplastie est lente, il est donc difficile de former des motifs complexes et fins.La galvanoplastie laser peut ajuster le faisceau laser à une taille micrométrique et effectuer un traçage non blindé sur une taille micrométrique.Pour la conception de circuits, la réparation de circuits et le dépôt local sur des composants de connecteurs microélectroniques, ce type de cartographie à grande vitesse devient de plus en plus pratique.
Par rapport à la galvanoplastie ordinaire, ses avantages sont :
(1) Vitesse de dépôt rapide, telle que le placage à l'or au laser jusqu'à 1 μ M/s, le placage au cuivre au laser jusqu'à 10 μ M/s, le placage à l'or au jet laser jusqu'à 12 μ M/s, le placage au cuivre au jet laser jusqu'à 50 µm/s ;
(2) Le dépôt de métal ne se produit que dans la zone d'irradiation laser et un revêtement par dépôt local peut être obtenu sans mesures de protection, simplifiant ainsi le processus de production ;
(3) L’adhérence du revêtement est grandement améliorée ;
(4) Contrôle automatique facile à réaliser ;
(5) Économiser les métaux précieux ;
(6) Économisez des investissements en équipement et du temps de traitement.
Lorsqu'un laser continu ou un laser à impulsion irradie la surface de la cathode dans le bain de galvanoplastie, non seulement la vitesse de dépôt du métal peut être grandement améliorée, mais l'ordinateur peut également contrôler la trajectoire de mouvement du faisceau laser pour obtenir le revêtement non protégé avec le complexe attendu. géométrie.La nouvelle technologie actuelle de galvanoplastie améliorée par jet laser combine la technologie de galvanoplastie améliorée par laser avec la pulvérisation de solution de galvanoplastie, de sorte que le laser et la solution de placage peuvent tirer simultanément sur la surface de la cathode et que la vitesse de transfert de masse est beaucoup plus rapide que la vitesse de transfert de masse. du micro-agitation provoqué par l'irradiation laser, permettant ainsi d'obtenir une vitesse de dépôt très élevée.
Développement futur et innovation
À l’avenir, l’orientation du développement des équipements de traitement de surface laser et de fabrication additive peut être résumée comme suit :
·Haute efficacité – efficacité de traitement élevée, répondant au rythme de production rapide de l'industrie moderne ;
·Hautes performances – l'équipement a des fonctions diversifiées, des performances stables et convient à différentes conditions de travail ;
·Haute intelligence : le niveau d'intelligence s'améliore constamment, avec moins d'interventions manuelles ;
·Faible coût : le coût de l'équipement est contrôlable et le coût des consommables est réduit ;
·Personnalisation – personnalisation personnalisée des équipements, service après-vente précis,
·Et le compoundage – combinant la technologie laser avec la technologie de traitement traditionnelle.
Heure de publication : 17 septembre 2022