A soldagem a laser é caracterizada por sua alta resistência, deformação térmica mínima, vedação eficaz, tamanho e natureza de soldagem consistentes e capacidade de soldar materiais com altos pontos de fusão (como cerâmica) e aqueles que são propensos à oxidação.
A soldagem a laser é particularmente útil para marca-passos, que são vedados de forma eficaz e têm uma longa vida útil, além de serem de tamanho pequeno.
Tratamento térmico a laser
Com a irradiação a laser do material, o comprimento de onda apropriado, o controle do tempo de irradiação e a densidade de potência podem ser selecionados para fazer com que a superfície do material derreta e recristalize, atingindo o objetivo de têmpera ou recozimento.
O tratamento térmico a laser tem a vantagem de poder controlar com precisão a profundidade do tratamento térmico e selecionar a área específica a ser tratada.
A deformação da peça é mínima e pode lidar com formas complexas e intrincadas com eficácia, bem como processar furos cegos e profundos em paredes internas.
Por exemplo, o tratamento térmico a laser pode prolongar a vida útil de um pistão de cilindro e restaurar danos causados pelo bombardeio de íons em materiais de silício.
Fortalecer o tratamento
A tecnologia de fortalecimento de superfície a laser utiliza um feixe de laser de alta densidade de energia para aquecer e resfriar rapidamente a peça de trabalho.
No reforço a laser de superfície metálica, quando a densidade de energia do feixe de laser é baixa, ele pode ser usado para transformação de superfície metálica. Em alta densidade do feixe, a superfície da peça atua de forma semelhante a um cadinho em movimento, permitindo uma variedade de processos metalúrgicos, como refusão de superfície, carbonatação de superfície, liga de superfície e revestimento de superfície.
Estas funções têm o potencial de trazer benefícios económicos significativos para a indústria transformadora através da tecnologia de substituição de materiais.
Na modificação de materiais de ferramentas, o tratamento de fusão é a aplicação principal. Envolve derreter a superfície do material metálico sob irradiação de feixe de laser e, em seguida, solidificar rapidamente para formar uma nova camada superficial.
As alterações na superfície do material podem ser categorizadas em vários tipos, incluindo liga, dissolução, refinamento de refusão, envidraçamento e compósito de superfície.
A fusão a laser envolve o uso de parâmetros de laser para derreter e condensar rapidamente a superfície do material, resultando em uma organização mais refinada e homogênea com propriedades de superfície aprimoradas. Esta é uma tecnologia de modificação de superfície.
As vantagens da fusão de superfície a laser incluem:
- A fusão da superfície normalmente não adiciona quaisquer elementos metálicos e forma uma ligação metalúrgica com a camada fundida e a matriz do material.
- Durante o processo de fusão a laser, impurezas e gases podem ser eliminados, levando a alta dureza, resistência à abrasão e resistência à corrosão nos magazines obtidos por têmpera e recristalização.
- A camada de fusão é fina, com uma pequena área de efeito térmico, e a rugosidade da superfície e o tamanho da peça têm impacto mínimo. Em alguns casos, nenhum polimento adicional é necessário e a peça pode ser usada diretamente.
- O limite de solubilidade dos átomos de soluto na matriz, grão e partículas ultrafinas é melhorado, permitindo a formação de uma fase metaestável e estrutura monocristalina sem difusão ou mesmo amorfa, levando a um excelente desempenho na nova liga que não pode ser alcançado através métodos tradicionais.
O feixe pode ser direcionado através de um caminho óptico, permitindo o processamento de peças com posições especiais e formatos complexos.
Combinando os benefícios da tecnologia com as limitações das técnicas amplamente utilizadas, a aplicação da tecnologia laser para reforço superficial de materiais de ferramentas aumenta a resistência ao desgaste e a vida útil da ferramenta, especialmente para ferramentas de corte de cerâmica e metal duro com alta dureza e resistência ao calor.
Isto melhora a eficiência e a precisão do processamento e permite o processamento de materiais como aço endurecido sob condições desafiadoras.
Apesar de sua alta dureza e resistência ao calor, as ferramentas de corte de cerâmica e metal duro têm aplicação limitada devido à sua resistência relativamente baixa e baixa tenacidade. A aplicação da tecnologia de endurecimento superficial a laser a estes materiais é, portanto, um assunto de pesquisa significativa e tem uma ampla gama de aplicações potenciais.
Microfabricação
Ao selecionar o comprimento de onda do laser apropriado e utilizar várias técnicas de otimização e aproximar o limite de difração do sistema de foco, um feixe de luz estável e de alta qualidade com um ponto focal de tamanho micro pode ser obtido.
Suas características afiadas e precisas de “faca leve” são utilizadas para gravar micromarcas de alta densidade e escrever diretamente informações de alta densidade.
Ele também pode aproveitar seu efeito de “força” de armadilha óptica para manipular pequenos objetos transparentes, como por meio de gravação em grade de alta precisão.
Com a ajuda de software CAD/CAM para simular e controlar padrões ou texto, é possível obter marcação de alta fidelidade.
Além disso, sua “força de ligação” de armadilha óptica pode ser usada para a manipulação de células biológicas, conhecidas como pinças de luz biológicas.
Processo de microfabricação
O processo de usinagem fina
A maioria dos cortes finos na superfície convexa (externa) são feitos usando ferramentas ou cortadores de diamante de cristal único. O raio da ponta é de aproximadamente 100 μm e o disco diamantado tem uma superfície de corte cônica de 45° quando girado.
O tamanho mínimo usinável da superfície côncava (interna) é limitado pelo tamanho da ferramenta. Por exemplo, uma broca helicoidal pode ser usada para usinar um furo de 50 μm, mas para furos menores, uma broca plana deve ser usada, pois os produtos de broca helicoidal não estão disponíveis.
Um desafio fundamental na microfabricação é garantir que a postura de instalação da ferramenta e seu alinhamento coaxial com o eixo do fuso sejam consistentes com o sistema de coordenadas. Caso contrário, pode ser difícil conseguir um pequeno corte. Para resolver esse problema, a mesma máquina-ferramenta pode ser usada tanto para a produção de ferramentas quanto para o microprocessamento, evitando assim erros de fixação causados pelo uso de diferentes condições de trabalho.
Uma retificadora de descarga de fio pode ser usada na máquina-ferramenta para produzir uma ranhura de 50 μm de largura.
Tecnologia de processamento elétrico fino
A usinagem de microeixos e barras perfiladas pode ser realizada através da retificação por descarga de arame (WEDG). Seu circuito de descarga exclusivo permite apenas 1/100 do EDM comum. Para obter uma superfície mais lisa, o WECG pode ser usado após o processamento WEDG, que remove uma fina camada superficial usando água deionizada em baixa corrente.
Máquinas micro-EDM, como a MG-ED71 da japonesa Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., podem ser usadas para este processo. Essas máquinas possuem resolução de controle de posicionamento de 0,1 μm e menor abertura de processamento de 5 μm, resultando em rugosidade superficial de 0,1 μm.
Por exemplo, uma engrenagem de aço inoxidável de 9 dentes com diâmetro de 300 μm e espessura de 100 μm pode ser usinada. O contorno áspero é primeiro perfurado com um eletrodo de φ24 μm, e o contorno é então escaneado com um eletrodo de φ31 mm de acordo com o perfil do dente, resultando em uma precisão de ± 3 μm.
Esta tecnologia também pode ser usada para processar um eixo escalonado em miniatura com um diâmetro mínimo de 30 μm e uma seção de chaveta processada de 10 μm x 10 μm. Os eletrodos para usinagem de peças pequenas devem ser feitos na mesma máquina-ferramenta, caso contrário, pode ser difícil processar furos menores que 100 μm de diâmetro devido a erros de conexão e montagem do eletrodo.
Por exemplo, eletrodos de máquinas-ferramentas micro-EDM ou ferramentas de processamento ultrassônico podem ser usados para processar microfuros de 5 a 10 μm. Em comparação com a microusinagem e a usinagem fina, as taxas de remoção de material são baixas, mas o tamanho do processamento pode ser menor e a proporção do diâmetro do furo pode ser tão alta quanto 5 a 10. Isso o torna particularmente superior para cavidades côncavas finas e complexas. em processamento.
III. Desenvolvimento de processamento a laser
- Alta potência, alta eficiência, alta precisão
Com o desenvolvimento da indústria de laser e as mudanças nas demandas da indústria a jusante, os equipamentos a laser de média e alta potência tornaram-se um foco de mercado. Particularmente, o surgimento de máquinas de corte a laser de fibra de 20 kW, ou até mesmo de potência superior, impulsionou o amadurecimento da tecnologia laser, ultrapassando constantemente os limites da espessura de corte.
Ao olharmos para o futuro, com a atualização dos equipamentos de corte a laser, as máquinas de corte a laser de alta potência e alta velocidade substituirão os equipamentos de usinagem tradicionais devido às suas excelentes vantagens de eficiência e precisão, melhorando significativamente a eficiência e a qualidade do processamento industrial.
- Digitalização, Intelligentização
Na era da economia digital, o avanço da tecnologia digital melhorou enormemente a eficiência da produção e da inovação. A integração eficaz da tecnologia laser com a tecnologia de controle numérico dará ao equipamento de corte a laser a capacidade de analisar, julgar, inferir e tomar decisões sobre o processo de corte, realizando assim a automação e a inteligência de todas as partes do equipamento de fabricação.
Ao mesmo tempo, o aumento dos custos laborais na indústria do laser e a atualização e iteração da tecnologia industrial também impulsionam a necessidade de os equipamentos de corte a laser evoluírem para níveis mais elevados de automação e inteligência.
Como podemos prever, com o rápido avanço das estratégias de fabricação inteligente, a digitalização e a inteligência no campo do corte a laser se tornarão uma tendência inevitável. Equipamentos multifuncionais de corte a laser altamente inteligentes continuarão a surgir, aumentando significativamente a eficiência do processamento industrial e alcançando um gerenciamento de produção eficiente.
- Flexibilidade, Integração
Na era da fabricação inteligente, os cenários de processamento do usuário downstream estão se tornando mais diversos e complexos, aumentando a demanda por equipamentos de processamento a laser personalizados. Isso exige que as empresas de corte a laser sejam mais flexíveis em suas aplicações de produtos para atender a diferentes cenários de processamento e atender às diversas necessidades dos clientes.
Portanto, o uso do design modular para melhorar a integração, adaptabilidade e funcionalidade do equipamento, e para alcançar uma produção flexível orientada para o consumidor, se tornará uma importante direção de desenvolvimento para a futura indústria de equipamentos de corte a laser.
