O principal desafio no processamento a laser de materiais metálicos é a taxa de absorção de energia do laser. Para aumentar a eficiência do acoplamento da radiação laser no processamento de diferentes materiais metálicos, as seguintes técnicas são comumente empregadas.
O comprimento de onda do laser usado na irradiação de materiais metálicos é selecionado para ser o comprimento de onda crítico. Por exemplo, Al, Au e Ti têm comprimentos de onda críticos de aproximadamente 1.064 nm, 630 nm e 10.000 nm, respectivamente.
Quando o comprimento de onda do feixe de laser é maior que o comprimento de onda crítico, a refletividade da superfície metálica para o feixe de laser aumenta dramaticamente e sua absortividade diminui drasticamente, resultando na reflexão de mais de 92% do feixe de laser incidente.
O laser de estado sólido YAG, comumente usado em microusinagem a laser, possui um comprimento de onda de laser de 1064 nm. Neste comprimento de onda, a refletividade da maioria dos metais como Al, Cu, Ni, Ag, Pt, Zn e Pb é superior a 80%.
O CO2 O laser a gás, que é frequentemente usado no processamento de laser de alta potência, tem um comprimento de onda de laser de 10.600 nm. Como resultado, a refletividade da maioria dos metais com este laser é superior a 90%.
TA superfície metálica é coberta com revestimento apropriado para melhorar a absorção do laser incidente.
Normalmente, o fosfato de grafite ou manganês é aplicado como revestimento na superfície. Este revestimento resulta em uma camada de absorção preta, que pode aumentar a taxa de absorção em 60% a 80%.
No entanto, a espessura apropriada do revestimento é crucial. Se o revestimento for muito espesso, poderá evaporar devido ao calor excessivo. Se for muito fino, pode evaporar completamente antes do final do processamento a laser, levando à reflexão do metal durante a radiação laser.
A espessura do revestimento afeta a absorção e transferência de energia luminosa para o metal através da condução de calor. Se o revestimento evaporou no final do processamento a laser, esta é considerada a espessura ideal do revestimento. Este valor pode ser determinado através de testes.
Ópré-tratamento óptico
O pré-tratamento óptico é uma tecnologia recente e não poluente que melhora a absorção nas superfícies dos materiais. Emprega principalmente a combinação de excimer laser com espectro UV e CO2 para pós-tratamento simultâneo, resultando em um aumento significativo no CO2 absorção do laser na superfície do material.
A eficácia do pré-tratamento óptico é amplamente influenciada por três fatores: energia do laser, número de pulsos de laser e propriedades físicas do material.
O processamento óptico é uma tecnologia complexa e atualmente depende principalmente da experiência prática, necessitando de mais pesquisas teóricas.
Mtecnologia mecânica e química de pré-tratamento de superfície
Tecnologias mecânicas e químicas de pré-tratamento de superfície são utilizadas para aumentar a taxa de absorção do laser nas superfícies dos materiais.
Por exemplo, lixar uma superfície metálica lisa usando um rebolo e corroer uma fina camada da superfície metálica com substâncias ácidas são os métodos de tratamento de superfície mais simples. No entanto, estes métodos são também os que apresentam maior potencial de danos e poluição às esculturas.
