La soldadura láser se caracteriza por su alta resistencia, mínima deformación térmica, sellado efectivo, tamaño y naturaleza de soldadura consistentes y capacidad para soldar materiales con altos puntos de fusión (como la cerámica) y aquellos que son propensos a la oxidación.
La soldadura láser es especialmente útil para los marcapasos, que quedan sellados eficazmente y tienen una larga vida útil, además de ser de pequeño tamaño.
Tratamiento térmico con láser
Con la irradiación láser del material, se puede seleccionar la longitud de onda adecuada, el control del tiempo de irradiación y la densidad de potencia para hacer que la superficie del material se funda y recristalice, logrando el propósito de enfriamiento o recocido.
El tratamiento térmico con láser tiene la ventaja de poder controlar con precisión la profundidad del tratamiento térmico y seleccionar el área específica a tratar.
La deformación de la pieza es mínima y puede manejar eficazmente formas complejas e intrincadas, así como procesar agujeros ciegos y profundos en paredes internas.
Por ejemplo, el tratamiento térmico con láser puede prolongar la vida útil del pistón de un cilindro y restaurar el daño causado por el bombardeo de iones a los materiales de silicio.
Fortalecer el tratamiento
La tecnología de fortalecimiento de superficies con láser utiliza un rayo láser de alta densidad de energía para calentar y enfriar rápidamente la pieza de trabajo.
En el fortalecimiento con láser de superficies metálicas, cuando la densidad de energía del rayo láser es baja, se puede utilizar para la transformación de superficies metálicas. Con una densidad de haz alta, la superficie de la pieza actúa de manera similar a un crisol en movimiento, lo que permite una variedad de procesos metalúrgicos como la refundición de la superficie, la carbonatación de la superficie, la aleación de la superficie y el recubrimiento de la superficie.
Estas funciones tienen el potencial de aportar importantes beneficios económicos a la industria manufacturera a través de la tecnología de sustitución de materiales.
En la modificación de materiales de herramientas, el tratamiento por fusión es la aplicación principal. Implica fundir la superficie del material metálico bajo irradiación con un rayo láser y luego solidificarlo rápidamente para formar una nueva capa superficial.
Los cambios en la superficie del material se pueden clasificar en varios tipos, que incluyen aleación, disolución, refinamiento por refundición, vidriado y compuesto de superficie.
La fusión por láser implica el uso de parámetros láser para fundir y condensar rápidamente la superficie del material, lo que da como resultado una organización más refinada y homogénea con propiedades superficiales mejoradas. Esta es una tecnología de modificación de superficies.
Las ventajas de la fusión de superficies por láser incluyen:
- La fusión de superficies normalmente no agrega ningún elemento metálico y forma una unión metalúrgica con la capa fundida y el material de la matriz.
- Durante el proceso de fusión por láser, se pueden eliminar impurezas y gases, lo que da como resultado una alta dureza, resistencia a la abrasión y resistencia a la corrosión en los cargadores obtenidos mediante enfriamiento y recristalización.
- La capa de fusión es delgada, con un área de efecto térmico pequeña, y la rugosidad de la superficie y el tamaño de la pieza tienen un impacto mínimo. En algunos casos, no se requiere pulido adicional y la pieza se puede utilizar directamente.
- Se mejora el límite de solubilidad de los átomos del soluto en la matriz, el grano y las partículas ultrafinas, lo que permite la formación de una fase metaestable y una estructura monocristalina sin difusión o incluso amorfa, lo que conduce a un rendimiento excelente en la nueva aleación que no se puede lograr mediante métodos tradicionales. .
El haz puede dirigirse a través de una trayectoria óptica, permitiendo el procesamiento de piezas con posiciones especiales y formas complejas.
Combinando los beneficios de la tecnología con las limitaciones de las técnicas ampliamente utilizadas, la aplicación de la tecnología láser para el fortalecimiento de la superficie de los materiales de las herramientas aumenta la resistencia al desgaste y la vida útil de la herramienta, especialmente para herramientas de corte de cerámica y carburo con alta dureza y resistencia al calor.
Esto mejora la eficiencia y la precisión del procesamiento y permite procesar materiales como el acero endurecido en condiciones difíciles.
A pesar de su alta dureza y resistencia al calor, las herramientas de corte de cerámica y carburo tienen una aplicación limitada debido a su resistencia y tenacidad relativamente bajas. Por lo tanto, la aplicación de la tecnología de endurecimiento superficial por láser a estos materiales es un tema de importante investigación y tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales.
Microfabricación
Seleccionando la longitud de onda del láser adecuada y utilizando diversas técnicas de optimización y acercándose al límite de difracción del sistema de enfoque, se puede obtener un haz de luz estable y de alta calidad con un punto focal de tamaño micro.
Sus características afiladas y precisas de "cuchillo ligero" se utilizan para grabar micromarcas de alta densidad y escribir directamente información de alta densidad.
También puede aprovechar su efecto de “fuerza” de trampa óptica para manipular pequeños objetos transparentes, por ejemplo mediante grabado de rejilla de alta precisión.
Con la ayuda del software CAD/CAM para simular y controlar patrones o texto, se puede lograr un marcado de alta fidelidad.
Además, su "fuerza de unión" de captura óptica se puede utilizar para manipular células biológicas, conocidas como pinzas de luz biológica.
Proceso de microfabricación
El proceso de mecanizado fino
La mayoría de los cortes finos en la superficie convexa (exterior) se realizan utilizando herramientas o cortadores de diamante monocristalino. El radio de la punta es de aproximadamente 100 μm y la rueda de diamante tiene una superficie de corte cónica de 45° cuando se gira.
El tamaño mínimo mecanizable de la superficie cóncava (interior) está limitado por el tamaño de la herramienta. Por ejemplo, se puede utilizar una broca helicoidal para mecanizar un orificio de 50 μm, pero para orificios más pequeños se debe utilizar una broca plana, ya que no hay productos de broca helicoidal disponibles.
Un desafío fundamental en la microfabricación es garantizar que la postura de instalación de la herramienta y su alineación coaxial con el eje del husillo sean consistentes con el sistema de coordenadas. De lo contrario, puede resultar difícil conseguir un pequeño corte. Para solucionar este problema, se puede utilizar la misma máquina herramienta tanto para la producción de herramientas como para el microprocesamiento, evitando así errores de sujeción provocados por el uso de diferentes condiciones de trabajo.
Se puede utilizar una amoladora de descarga de alambre en la máquina herramienta para producir una ranura de 50 μm de ancho.
Tecnología de procesamiento eléctrico fino.
El mecanizado de microejes y barras perfiladas se puede realizar mediante rectificado por descarga por hilo (WEDG). Su exclusivo circuito de descarga permite sólo 1/100 de la electroerosión común. Para obtener una superficie más lisa, se puede utilizar WECG después del procesamiento WEDG, que elimina una fina capa superficial utilizando agua desionizada a baja corriente.
Para este proceso se pueden utilizar máquinas de microerosión, como la MG-ED71 de la japonesa Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.. Estas máquinas tienen una resolución de control de posicionamiento de 0,1 μm y una apertura de procesamiento más pequeña de 5 μm, lo que da como resultado una rugosidad superficial de 0,1 μm.
Por ejemplo, se puede mecanizar un engranaje de acero inoxidable de 9 dientes con un diámetro de 300 μm y un espesor de 100 μm. Primero se taladra el contorno rugoso con un electrodo de φ24 μm y luego se escanea el contorno con un electrodo de φ31 mm de acuerdo con el perfil del diente, lo que da como resultado una precisión de ±3 μm.
Esta tecnología también se puede utilizar para procesar un eje escalonado en miniatura con un diámetro mínimo de 30 μm y una sección de chavetero procesada de 10 μm x 10 μm. Los electrodos para mecanizar piezas pequeñas deben fabricarse en la misma máquina herramienta; de lo contrario, puede resultar difícil procesar orificios de menos de 100 μm de diámetro debido a errores de conexión y montaje de los electrodos.
Por ejemplo, se pueden utilizar electrodos de máquinas herramienta de microerosión o herramientas de procesamiento ultrasónico para procesar microagujeros de 5 a 10 µm. En comparación con el micromecanizado y el mecanizado fino, las tasas de eliminación de material son bajas, pero el tamaño de procesamiento puede ser menor y la relación de diámetro del orificio puede llegar a 5 a 10. Esto lo hace particularmente superior para cavidades finas y cóncavas complejas. Procesando.
III. Desarrollo de procesamiento láser.
- Alta potencia, alta eficiencia, alta precisión
Con el desarrollo de la industria del láser y las demandas cambiantes de la industria transformadora, los equipos láser de potencia media y alta se han convertido en un foco de mercado. En particular, la aparición de máquinas de corte por láser de fibra de 20 kW o incluso de potencia superior ha impulsado la maduración de la tecnología láser, superando constantemente los límites del espesor de corte.
Mirando hacia el futuro, con la actualización de los equipos de corte por láser, las máquinas de corte por láser de alta potencia y alta velocidad reemplazarán a los equipos de mecanizado tradicionales debido a su excelente eficiencia y ventajas de precisión, mejorando en gran medida la eficiencia y la calidad del procesamiento industrial.
- Digitalización, Inteligencia
En la era de la economía digital, el avance de la tecnología digital ha mejorado enormemente la eficiencia de la producción y la innovación. La integración efectiva de la tecnología láser con la tecnología de control numérico brindará a los equipos de corte por láser la capacidad de analizar, juzgar, inferir y tomar decisiones sobre el proceso de corte, logrando así la automatización y la inteligencia de todas las partes del equipo de corte.
Al mismo tiempo, los crecientes costos laborales en la industria del láser y la actualización e iteración de la tecnología industrial también impulsan la necesidad de que los equipos de corte por láser evolucionen hacia niveles más altos de automatización e inteligencia.
Como podemos predecir, con el rápido avance de las estrategias de fabricación inteligente, la digitalización y la inteligencia en el campo del corte por láser se convertirán en una tendencia inevitable. Seguirán surgiendo equipos de corte por láser multifuncionales altamente inteligentes, que aumentarán significativamente la eficiencia del procesamiento industrial y lograrán una gestión eficiente de la producción.
- Flexibilidad, Integración
En la era de la fabricación inteligente, los escenarios de procesamiento de usuarios posteriores se están volviendo más diversos y complejos, lo que aumenta la demanda de equipos de procesamiento láser personalizados. Esto requiere que las empresas de corte por láser sean más flexibles en las aplicaciones de sus productos para satisfacer diferentes escenarios de procesamiento y satisfacer las diversas necesidades de los clientes.
Por lo tanto, el uso del diseño modular para mejorar la integración, adaptabilidad y funcionalidad de los equipos, y lograr una producción flexible orientada al consumidor, se convertirá en una importante dirección de desarrollo para la futura industria de equipos de corte por láser.
