Depuis longtemps, la technologie laser est connue pour son utilisation intensive en soudage, découpe et marquage, et ce n'est qu'au cours de ces deux années, avec la popularisation progressive du nettoyage laser, que le concept de traitement de surface laser s'est imposé de plus en plus. le centre de l'attention et est apparu dans l'esprit des gens. Traitement laser sans contact, haute flexibilité, haute vitesse, pas de bruit, petite zone affectée par la chaleur sans endommager le substrat, pas de consommables et environnement à faible teneur en carbone.
Le traitement de surface au laser a en effet un très grand nombre de catégories d'applications en plus du nettoyage au laser, comme le polissage au laser, le revêtement au laser, la trempe au laser, etc. Ces méthodes sont utilisées pour modifier les propriétés physico-chimiques spécifiques de la surface du matériau, par exemple pour rendre la surface traitée dans une fonction hydrophobe, ou des impulsions laser pour produire un diamètre d'environ 10 microns, la profondeur de seulement quelques microns de petites dépressions. , afin d'augmenter la rugosité, d'améliorer l'adhérence de la surface, etc.
En plus du nettoyage au laser, connaissez-vous les types de traitement de surface au laser suivants ?
Durcissement au laser
La trempe laser est l'une des solutions pour l'usinage de pièces très sollicitées et complexes, permettant de soumettre des pièces à forte usure telles que les arbres à cames et les outils de pliage à des contraintes plus élevées pour une durée de vie plus longue.
Il fonctionne en chauffant la peau d'une pièce contenant du carbone à une température légèrement inférieure à la température de fusion (900 - 1400 degré, 40 pour cent de la puissance irradiée est absorbée), de sorte que les atomes de carbone dans le réseau métallique soient réorganisés ( austénitisation), puis le faisceau laser chauffe la surface de manière constante dans le sens d'alimentation, et le matériau autour du faisceau laser refroidit si rapidement lorsque le faisceau laser se déplace que le réseau métallique est incapable de revenir à sa forme originale, ce qui entraîne la martensite, qui donne lieu à une formation de martensite et à une augmentation significative de la dureté.
La profondeur de durcissement des couches externes d'acier au carbone obtenue par durcissement au laser est généralement de 0,1-1,5 mm et peut être de 2,5 mm ou plus dans certains matériaux. Les avantages par rapport aux méthodes de durcissement conventionnelles sont :
- L'apport de chaleur ciblé est limité à une zone localisée, ce qui entraîne pratiquement aucune déformation des composants pendant l'usinage. Les coûts de reprise sont réduits, voire complètement éliminés ;
- Durcissement même sur des géométries complexes et des composants de précision, permettant un durcissement précis de surfaces fonctionnelles localement restreintes qui ne peuvent pas être durcies par les méthodes de durcissement conventionnelles ;
- sans distorsion. Les processus de durcissement conventionnels produisent une distorsion due à un apport d'énergie et une trempe plus élevés, mais pendant le durcissement au laser, l'apport de chaleur peut être contrôlé avec précision grâce à la technologie laser et au contrôle de la température. Le composant reste pratiquement intact ;
- La géométrie de dureté du composant peut être modifiée rapidement et « à la volée ». Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire de convertir l'optique/l'ensemble du système.
Coupe de cheveux au laser
Le grossissement au laser est l'un des procédés de modification de surface des matériaux métalliques. Lors du processus de structuration, le laser crée des géométries régulièrement disposées en couches ou substrats afin de cibler les changements de propriétés techniques et de développer de nouvelles fonctions. Le processus implique généralement l’utilisation d’un rayonnement laser (généralement de courtes impulsions de lumière laser) pour générer de manière reproductible des géométries régulièrement disposées sur une surface. Le faisceau laser fait fondre le matériau de manière contrôlée et est solidifié dans la structure définie par une gestion de processus appropriée.
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Les structures de surface hydrophobes, par exemple, permettent à l'eau de s'écouler de la surface. La création de structures submicroniques sur des surfaces avec des lasers à impulsions ultracourtes permet de réaliser cette propriété et la structure à créer peut être contrôlée avec précision en faisant varier les paramètres du laser. L'effet inverse, par exemple des surfaces hydrophiles, peut également être obtenu.
Pour peindre des panneaux automobiles, il est nécessaire de répartir uniformément des « micro-piqûres » sur la surface de la feuille pour renforcer l'adhérence de la peinture. Un faisceau laser pulsé avec des milliers à des dizaines de milliers d'impulsions par seconde est focalisé puis incident sur la surface des rouleaux pour former un minuscule pool soluble sur la surface des rouleaux au point de focalisation, et en même temps, latéralement. souffler sur le minuscule pool soluble, de sorte que la matière fondue dans le pool soluble s'accumule autant que possible dans le pool soluble selon les exigences spécifiées. Le bord de la formation de languettes en forme d'arc, ces petites languettes et micro-piqûres peuvent non seulement améliorer la rugosité de la surface du matériau pour augmenter l'adhérence de la peinture, mais également améliorer la dureté de la surface du matériau pour prolonger la durée de vie.
Certaines propriétés sont générées par la structuration laser, comme les propriétés de frottement ou la conductivité électrique et thermique de certains matériaux métalliques. De plus, la structuration au laser augmente la force de liaison et la durée de vie de la pièce.
Par rapport aux méthodes traditionnelles, la structuration des surfaces au laser est plus respectueuse de l'environnement, car elle ne nécessite aucun agent de sablage ou produit chimique supplémentaire ; reproductibles et précis, les lasers permettent d'obtenir des structures contrôlées précises jusqu'au micron et très faciles à reproduire ; nécessitant peu d'entretien, les lasers sont sans contact et donc absolument sans usure par rapport aux outils mécaniques à usure rapide ; et il n'y a pas besoin de post-traitement, sans fusion ni autres résidus d'usinage laissés sur la pièce traitée au laser.
Traitement de surface des fusées laser
La trempe laser est couramment utilisée dans le surfaçage couleur laser, également connu sous le nom de marquage couleur laser. Le principe du processus est que lorsque le laser chauffe le matériau, le métal sera chauffé localement légèrement en dessous de son point de fusion, dans les paramètres de processus appropriés, à ce moment-là, la structure de la porte changera ; dans la surface de la pièce formera une couche d'oxyde, cette couche de film dans l'irradiation lumineuse, l'interférence de la lumière incidente de sorte qu'une variété de couleurs tempérées à ce moment, la surface de la génération d'une couche de couche de marquage colorée, le long sans avoir besoin de changer l'angle d'observation, le motif de marquage sera modifié en différentes couleurs.
Droplet Laser publie un rapport sur le traitement de surface coloré au laser ultra-rapide
Ces couleurs restent stables en température jusqu'à environ 200 degrés. À des températures plus élevées, la température de la porte est stabilisée. À des températures plus élevées, le portail revient à son état d'origine - le marquage disparaît. La qualité de la surface restera intacte. Un haut degré de sécurité et de traçabilité dans les applications anti-contrefaçon. En plus du nouveau marquage noir avec lasers à impulsions ultracourtes, il est également parfaitement adapté au marquage des produits et donc à une traçabilité unique selon la directive UDI.
Revêtement laser
est un procédé de fabrication additive de matériaux hybrides métal et cermet. Grâce à cela, des géométries 3D peuvent être créées ou modifiées. Grâce à cette méthode de production, le laser peut également être utilisé pour la réparation ou le revêtement. Dans le secteur aérospatial, la fabrication additive est donc utilisée pour réparer les aubes de turbine.
Dans la fabrication d'outils et de moules, les bords fissurés ou usés et les surfaces fonctionnelles déformées peuvent être réparés, voire localement blindés. Pour éviter l'usure et la corrosion, les emplacements des roulements, les rouleaux ou les composants hydrauliques sont recouverts de technologie énergétique ou de pétrochimie. Et la fabrication additive est également utilisée dans la construction automobile. De nombreux composants sont améliorés ici.
Dans la fusion laser conventionnelle des métaux, le faisceau laser chauffe d'abord localement la pièce à usiner, puis forme un bain de fusion. Une fine poudre métallique est ensuite pulvérisée directement dans le bain de fusion depuis la buse de la tête de traitement laser. Lors de la fusion laser du métal à grande vitesse, les particules de poudre sont déjà chauffées presque jusqu'à la température de fusion au-dessus de la surface du substrat. En conséquence, il faut moins de temps pour faire fondre les particules de poudre.
L’effet : une augmentation significative de la vitesse du processus. En raison de l'effet thermique plus faible, la fusion laser à grande vitesse des métaux permet également de revêtir des matériaux très sensibles à la chaleur, tels que les alliages d'aluminium et les alliages de fonte. Avec le procédé HS-LMD, des débits de surface élevés allant jusqu'à 1 500 cm²/min peuvent être obtenus sur des surfaces à symétrie de rotation, tandis que des vitesses d'avance allant jusqu'à plusieurs centaines de mètres par minute peuvent être atteintes.
Les pièces ou moules coûteux peuvent être réparés rapidement et facilement avec un revêtement métallique laser à poudre. Les dommages, petits ou grands, peuvent être réparés rapidement et presque sans laisser de traces. Des modifications de conception sont également possibles. Cela permet d'économiser du temps, de l'énergie et du matériel. Cela en vaut la peine, surtout pour les métaux coûteux comme le nickel ou le titane. Des exemples typiques d'applications sont les aubes de turbine, divers pistons, vannes, arbres ou moules.
Traitement thermique au laser
Des milliers de lasers miniatures (VCSEL) sont montés sur une seule puce. Chaque émetteur est équipé de 56 puces de ce type, tandis qu'un module est constitué de plusieurs émetteurs. La zone de rayonnement rectangulaire peut contenir des millions de micro-lasers et produire plusieurs kilowatts de puissance laser infrarouge.
Les VCSEL génèrent des faisceaux proche infrarouge avec une intensité de rayonnement de 100 W/cm² au moyen d'une grande section transversale de faisceau rectangulaire directionnelle. En principe, cette technologie convient à tous les processus industriels qui nécessitent un contrôle extrêmement précis des surfaces et de la température.
Les modules de traitement thermique au laser sont particulièrement adaptés aux applications de chauffage de grandes surfaces où précision et flexibilité sont requises. Comparé aux méthodes de chauffage conventionnelles, ce nouveau procédé de chauffage offre un degré plus élevé de flexibilité, de précision et de réduction des coûts.
Cette technologie peut être utilisée pour sceller les sachets de cellules de batterie, empêchant ainsi le froissement de la feuille d'aluminium et prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie. Il peut également être utilisé dans des applications telles que le séchage des feuilles de cellules, la photo-imprégnation des panneaux solaires et le traitement précis de la zone à chauffer avec des matériaux spécifiques tels que des plaquettes d'acier et de silicium.
Polissage au laser
Le mécanisme de la technologie de polissage laser est le rétrécissement de la surface et la surfusion de la surface, qui reposent sur la refusion de la surface et la resolidification de la couche refondue au laser. Lorsqu'une surface métallique est irradiée par un laser avec une énergie suffisamment élevée, la surface subit un certain degré de refusion, de redistribution et des surfaces lisses sont obtenues par contrainte de traction superficielle et gravité avant solidification.
L'épaisseur totale de la couche de fusion est inférieure à la hauteur du creux au sommet, permettant ainsi à tout le métal en fusion de remplir les creux voisins, un remplissage entraîné par l'effet capillaire, tandis qu'une couche de fusion plus épaisse induit le métal liquide à s'écouler vers l'extérieur. du centre du bain de fusion, entraîné par l'effet thermo-capillaire ou effet Marconi, qui permet sa redistribution.
Exemples d'application tels que la céramique de carbure de silicium, le matériau pour les optiques légères des grands télescopes (en particulier les miroirs de grande taille et de forme complexe). Le RB-SiC, en tant que matériau typique à haute dureté et à phase complexe, est techniquement difficile à polir avec précision en surface. faible efficacité. En modifiant la surface du RB-SiC pré-revêtu de poudre de Si par laser femtoseconde, une surface optique avec une rugosité de surface Sq de 4,45 nm peut être obtenue après seulement 4,5 heures de polissage, ce qui améliore l'efficacité du polissage de plus de trois fois par rapport à meulage et polissage directs. Le polissage laser est également largement utilisé dans le polissage des moules, des cames et des aubes de turbine.
Grenaillage Laser
Le grenaillage par impact laser, également connu sous le nom de grenaillage laser, est une irradiation laser à haute densité d'énergie, à focalisation élevée et à impulsions courtes (λ=1053 nm) de la surface des pièces métalliques, du métal de surface (ou de la couche d'absorption) dans le densité de puissance élevée du laser sous l'action de la formation instantanée de l'explosion de plasma, l'explosion de l'onde de choc dans les contraintes sur la couche limite de la couche limite du transfert interne des pièces métalliques, de sorte que la couche superficielle de les grains pour produire une déformation plastique par compression dans les parties de la couche superficielle d'une gamme plus épaisse d'obtenir une contrainte de compression résiduelle, un raffinement du grain et d'autres effets de renforcement de surface. Par rapport au grenaillage mécanique traditionnel, il présente les avantages suivants :
- Forte directivité : le laser agit sur la surface métallique selon un angle contrôlé, une efficacité de conversion d'énergie élevée, tandis que l'angle d'impact du projectile mécanique est aléatoire ;
- Grande force : explosion de plasma de projection laser générée par la pression instantanée jusqu'à plusieurs GPa ; densité de puissance : densité de puissance maximale d'impact laser de quelques à plusieurs dizaines de GW/cm2 ;
- Bonne intégrité de la surface : l'impact du laser sur la surface n'entraîne presque aucun effet de pulvérisation, tandis que le grenaillage mécanique endommage la morphologie de la surface pour produire une concentration de contraintes.
L'impact laser après la valeur maximale de contrainte de compression est meilleur, la contrainte de compression résiduelle de surface a augmenté d'environ 40 à 50 pour cent, la durée de vie en fatigue de la pièce, la résistance aux hautes températures et au moulage par flexion et d'autres indicateurs connexes de valeur numérique ont été considérablement améliorés. . Actuellement, il a été appliqué dans le domaine du traitement de surface des avions, du traitement de surface des moteurs d'avion, etc. Traduit avec www.DeepL.com/Translator (version gratuite)
