وفقاً ل جرينستون-تك, قام معهد فراونهوفر لتكنولوجيا الليزر (Fraunhofer ILT) بتطوير EHLA (ترسيب المواد بالليزر فائق السرعة بالليزر)، والتي تعتبر حلاً فعالاً وصديقاً للبيئة. EHLA يوفر مزايا استدامة كبيرة، خاصةً لطلاء المكونات المعدنية المعرضة للإجهاد الشديد، والتي تحتاج إلى الحماية من التآكل والتآكل. واليوم، فإن EHLA تمت ترقية التكنولوجيا، وقام علماء فراونهوفر ILT، بالتعاون مع شركائهم بونتيكون, طورت العملية المسجلة ببراءة اختراع تعرف الآن باسم EHLA 3D, تهدف إلى تطوير تطبيقاتها في التصنيع.

الكسوة بالليزر للمكونات المعدنية الحرجة في الظروف القاسية

غالبًا ما تتعرض المكونات المعدنية لظروف قاسية، مثل تلك المستخدمة في الفضاء، أو منصات حفر النفط البحرية، أو ماكينات الفحم، أو لفات الورق، أو الأسطوانات الهيدروليكية، أو أقراص مكابح السيارات. تتطلب هذه الأجزاء طلاءات متخصصة لحماية المواد من التآكل والتآكل السريع. ومع التقدم التكنولوجي، ازداد الطلب في السوق على إصلاح هذه المكونات. ويركز هذا الطلب على تقليل وقت الإنتاج لإصلاح أو تصنيع المكونات عالية الأداء أو التصنيع المخصصة، مع مواجهة الضغوط السعرية الكبيرة.

ومع ذلك، لم تفي أي عملية تقليدية في السابق بهذه المعايير. فقد كانت العمليات الحالية إما غير مرنة أو غير فعالة أو غير كافية اقتصاديًا لتطبيق طبقات معدنية رقيقة عالية الجودة ملتصقة معدنيًا على أسطح المكونات. كانت عملية الطلاء بالكروم الصلب في الاتحاد الأوروبي فقط منذ سبتمبر 2017 بسبب الأضرار البيئية الناجمة عن الترسب الكهروكيميائي للكروم (VI) السام.

تقنية EHLA: بديل ثوري

ولمعالجة هذه الفجوة، طور علماء فراونهوفر ILT عملية طلاء بديلة: EHLA (ترسيب المواد بالليزر فائق السرعة بالليزر). EHLA في القطاعات الصناعية منذ عام 2015، خاصةً في مجال تصنيع الطلاءات.

الأساس المثالي للتطوير المستقبلي

مقارنةً بالطرق التقليدية, EHLA في العديد من المجالات الرئيسية، بما في ذلك معدل التغذية وسُمك الترسيب. في عام 2017، حصل علماء فراونهوفر ILT على جائزة فراونهوفر الدولية للتكنولوجيا المرموقة جائزة جوزيف فون فراونهوفر لتطويرهم لـ EHLA. وقد عززت هذه التقنية بشكل كبير من معدل التغذية لمعالجة السطح في ترسيب مواد الليزر التقليدية من 0.5 متر في الدقيقة إلى مترين في الدقيقة وحتى 50 إلى 500 متر في الدقيقة. ونتيجة لذلك، زادت سرعة الطلاء بمقدار 100 إلى 250 مرة، مع تطبيق طبقات أرق بكثير.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية في انخفاض مدخلات الحرارة. في الترسيب التقليدي لمواد الليزر التقليدية، يتم صهر مادة الحشو المسحوق مباشرة على سطح المكوّن في حوض منصهر كبير نسبيًا، مما يؤدي إلى تغيير خصائص المواد بشكل دائم واستهلاك الكثير من الطاقة. وعلى النقيض من ذلك, EHLA يعمل عن طريق ذوبان جزيئات المسحوق الصلب وهي لا تزال في الهواء. تصل إلى السطح في حالة سائلة دون مزيد من الذوبان تحت مدخلات الطاقة العالية. وينتج عن ذلك منطقة متأثرة بالحرارة (HAZ) من خمسة إلى عشرة ميكرون فقط، مقارنةً بمنطقة متأثرة بالحرارة أوسع بكثير في العمليات التقليدية.

ويتيح هذا الاختراق إمكانية إقران ومعالجة المواد غير المتوافقة معدنيًا والحساسة للحرارة، مثل الألومنيوم والتيتانيوم. وعموماً، يكون سطح المكونات أكثر سلاسة بكثير، مع خشونة تبلغ عُشر الخشونة الناتجة عن طرق الترسيب التقليدية. وهذا يوفر الأساس المثالي لمزيد من خطوات التطوير.

الجيل التالي من التصنيع الإضافي مع EHLA 3D

من حيث المبدأ, EHLA مناسب لجميع الأجسام المتماثلة الدورانية التي يمكن معالجتها على أنظمة الحركة الدورانية عالية السرعة، ولكن عند تحقيق سرعات عالية للغاية مع دقة عالية، يمكن تطبيق التقنية في مجالات أوسع.

منذ عام 2017، يعمل فريق فراونهوفر ILT على تطوير جيل جديد من العمليات: EHLA 3D, الذي يدمج بين الابتكار EHLA التكنولوجيا في عمليات طباعة ثلاثية الأبعاد أسرع. ينصب التركيز الأساسي للبحث على تحديد المتطلبات الخاصة لتكنولوجيا النظام التي يجب أن تلبي متطلبات السرعات والدقة العالية للغاية من أجل الجمع بين EHLA مع الطباعة ثلاثية الأبعاد عالية السرعة.

EHLA 3D لا تحقق المعالجة السطحية الحرة الشكل فحسب، بل توفر أيضًا العديد من المزايا الفريدة المتعلقة بالعملية: معدل بناء عالٍ، ومرونة هائلة، وتنوع المواد، ودقة عالية. في المستقبل القريب، ستمكّن هذه التقنية الصناعات من إنتاج هياكل معقدة على نطاق واسع بسهولة وفعالية من حيث التكلفة، مع إمكانية إنتاج مكونات مخصصة.

النموذج الأولي والتطوير المستقبلي

تم إطلاق أول نموذج أولي لهذا النظام بنجاح في عام 2019 بالتعاون مع بونتيكون في فيسبادن، ألمانيا. استند هذا النموذج الأولي على مبدأ الحركة ثلاثية القوائم، باستخدام هيكل مزود بثلاثة محركات خطية متصلة بمنصة البناء من خلال قضبان. تتحرك قطعة العمل على المنصة. وهو يعمل بشكل مشابه لقطار الرفع المغناطيسي، حيث يعوض الهيكل الخاص قوى القصور الذاتي، مما يسمح للمنصة بالتحرك بسرعة ودقة كبيرة دون التسبب في اهتزازات كبيرة. يمكن للنظام حاليًا معالجة مكونات يصل وزنها إلى 25 كيلوغرامًا، مع تسارع جاذبية يصل إلى خمسة أضعاف وسرعة تصل إلى 200 متر في الدقيقة، مع الحفاظ على دقة عالية تصل إلى 100 ميكرون.

لجعل EHLA 3D العملية في متناول مجموعة واسعة من المستخدمين الصناعيين، تجري فراونهوفر ILT حاليًا أبحاثًا مستهدفة لإدارة تعقيدات النظام. وتشمل المجالات الأساسية لهذا البحث مفاهيم مراقبة العملية وأدوات تخطيط المسار الآلي. أثناء تطوير العملية، يلزم التنسيق الدقيق لجميع المعلمات: السرعة وقوة الليزر وحجم المسحوق، اعتمادًا على مجموعة المواد التي تتم معالجتها.

تأثير EHLA 3D على صناعة التصنيع

EHLA 3D يوسع بشكل كبير نطاق إمكانيات إنتاج المكونات ومعالجتها، مما يجعل العملية أكثر كفاءة وصديقة للبيئة. حاليًا، في مشروع صناعي في المركز الدولي لتصنيع الآلات التوربينية (ICTM), ، تقوم العديد من الشركات الشهيرة في مجال صناعة الطيران والآلات التوربينية بتجربة EHLA 3D تكنولوجيا المعالجة. تم تقديم مشاريع أبحاث المتابعة الخاصة بفراونهوفر ILT للتمويل في عام 2022، مع التخطيط لمشاريع مشتركة إضافية ثنائية وحكومية ممولة من الحكومة.

خاتمة

في الختام, EHLA 3D أحدثت ثورة في قطاعي التصنيع المضاف والإصلاح، حيث تقدم حلاً متطورًا لإنشاء طلاءات معدنية عالية الأداء بسرعة ودقة واستدامة بيئية. إن تكاملها مع التكسية بالليزر لديها القدرة على إحداث تحول كبير في الصناعات التي تتطلب إصلاحات متينة ودقيقة للمكونات، بما في ذلك صناعة الطيران والتوربينات. وبما أن EHLA 3D يصبح النظام أكثر سهولة وصقلًا، ومن المتوقع أن يصبح أداة رئيسية في مستقبل التصنيع، مما يوفر للشركات حلولاً فعالة من حيث التكلفة وعالية الجودة.