Úvod: Problémy s náklady na prášek při laserovém plátování

Vysokorychlostní laserové opláštění je široce uznávaná pro svou vysokou účinnost a nízké náklady na zpracování. V praktické výrobě je však míra využití prášku často považována za nedostatečnou a velké množství nevyužitého prášku se shromažďuje jako odpad.

Vzhledem k tomu, že náklady na prášek tvoří největší část celkových nákladů na zpracování laserového plátování, stalo se zlepšení využití prášku kritickým bodem pro výrobce, kteří se snaží snížit celkové náklady na laserové plátování při zachování kvality povlaku.

Klíčové faktory ovlivňující využití prášku při vysokorychlostním laserovém plátování

Pro efektivní zlepšení využití prášku při vysokorychlostním laserovém plátování je třeba pečlivě optimalizovat několik základních aspektů celého procesu.

Účinnost spojení laseru s práškem

Spojení laseru s práškem má přímý a významný vliv na využití prášku při vysokorychlostním laserovém plátování. Zahrnuje především dva klíčové faktory: porovnání laserového a práškového bodu a koaxiální seřízení laserem a práškem.

Shoda laserového a práškového bodu

Velikost práškového bodu je dána konstrukcí trysky a po zvolení je pevně daná. Proto se přizpůsobení laseru prášku obvykle dosahuje nastavením velikosti laserového bodu tak, aby odpovídal práškovému bodu.

Existují dvě typické konfigurace:

Prášek obalený laserem (laserová skvrna o něco větší než skvrna prášku)

Práškový laser

Z nich konfigurace s laserem vyvinutým práškem poskytuje vyšší využití prášku. Pokud je však laserový bod příliš velký, více energie se přenáší na substrát než na prášek, což snižuje účinnost plátování.

Koaxiálnost laseru a prášku

Vysoká souosost mezi laserovým paprskem a proudem prášku výrazně zlepšuje využití prášku. Lepší souosost zajišťuje, že více částic prášku projde zónou účinné energie laseru a účinně se roztaví.

Výběr prášku pro laserové plátování

Pro lepší využití prášku je zásadní volba správného prášku pro opláštění.

Optimální vlastnosti prášku

Střední velikost částic

Dobrá tekutost

Stabilní a kontinuální dodávka prášku

Tyto prášky zajišťují vysokou účinnost tavení a hladký, rovnoměrný přísun prášku do roztavené lázně, což umožňuje stabilní metalurgické spojování.

Vliv velikosti částic prášku

Nadměrné částice (>50 μm)

Menší specifický povrch při stejné hmotnosti

Menší spotřeba laserové energie pro tavení prášku

Na substrát dopadá více laserové energie, čímž se zvyšuje zředění.

Celkové využití prášku se snižuje

Poddimenzované částice (<20 μm)

Snadnější tavení, ale špatná tekutost (měřeno Hallovým průtokoměrem)

Nestabilní dodávka prášku

Zvýšené vypalování prášku a tvorba dýmu

Negativní dopad na využití prášku a stabilitu procesu

Návrh a výběr trysek

Struktura trysky přímo ovlivňuje využití prášku při laserovém plátování. Mezi klíčové parametry trysky patří:

Ohnisková vzdálenost prášku

Velikost práškového bodu

Režim konvergence prášku

Ohnisková vzdálenost prášku

Příliš malá: přehřátí trysky, ulpívání prášku a ucpání výstupu.

Příliš velké: snížená účinnost stínění argonem a zvýšená oxidace povrchu

Režim konvergence prášku

Mezi běžné režimy konvergence patří prstencová konvergence a vícebodová konvergence (tří-, čtyř- nebo šestiproudá). V praktické výrobě, prstencová konvergence prášku poskytuje nejlepší celkový efekt koncentrace prášku, ačkoli vliv gravitace vyžaduje, aby laserová hlava zůstala svisle dolů.

Velikost práškového bodu je obvykle přibližně 2 mm, aby se usnadnilo optimální sladění laserového a práškového bodu.

Optimalizace parametrů procesu laserového plátování

Přiměřené parametry procesu mohou dále zlepšit využití prášku a zároveň zvýšit kvalitu plátování.

Mezi klíčové parametry patří:

Výkon laseru

Rychlost podávání prášku

Rychlost opláštění

Poměr překrytí

Výhody optimalizovaných parametrů

Snížená drsnost povrchu plášťových vrstev

Nižší nároky na následné obrábění

Zvýšená účinnost tavení dodávaného prášku

Snížení rozstřiku a ztrát prášku

Minimalizovaná deformace obrobku

Provozní detaily, které ovlivňují využití prášku

Kromě hardwaru a procesních parametrů ovlivňuje využití prášku při laserovém plátování také mnoho provozních detailů, včetně:

Přesnost upnutí obrobku a házení

Podmínky sušení prášku

Průtok stínicího plynu

Příprava povrchu před obložením

Orientace obložení laserové hlavy

Zlepšení míra výtěžnosti při prvním průchodu laserových plátovacích výrobků je dalším důležitým ukazatelem vyššího využití prášku. Při dlouhotrvajících plátovacích operacích je rozhodující udržení rovnoměrné tloušťky plátovací vrstvy, což vyžaduje vysoce přesný a dlouhodobě stabilní systém podávání prášku.

Vysoce přesný podavač prášku pro vysokorychlostní laserové plátování

Ten/Ta/To Podavač prášku Greenstone-Tech využívá koaxiální metodu podávání prášku a udržuje stabilní výkon i při vysokém výkonu laseru a velké rychlosti podávání prášku. Jeho vysoce přesná technologie mikropodávání se široce uplatňuje v různých výrobních odvětvích.

Hlavní výhody podavače prášku Greenstone-Tech

Speciální technologie těsnění snižuje spotřebu plynu o 10-20% ve srovnání s podobnými výrobky.

Vestavěný modul detekce hladiny prášku s automatickým alarmem nízké hladiny

Vizuální provedení práškového disku pro sledování provozního stavu v reálném čase

Práškově lakovaný disk odolný proti opotřebení pro prodloužení životnosti

Integrovaný řídicí systém CNC a vysoce přesný průtokoměr plynu

Přesnost opakovatelnosti podávání prášku ≤ ±1%

Stabilní, spolehlivý a nepřetržitý provoz 24/7 pro vysokorychlostní laserové plátování

Závěr: Zlepšení využití prášku je klíčem ke snížení nákladů na laserové plátování

Zlepšení využití prášku a snížení nákladů na zpracování laserového plátování vyžaduje optimalizační přístup na úrovni systému, s přihlédnutím ke konfiguraci zařízení, vlastnostem prášku, konstrukci trysky, parametrům procesu a provozním detailům.

Místo toho, aby se výrobci zaměřovali pouze na využití prášku během procesu plátování, měli by hodnotit účinnost prášku v celém procesu. celý pracovní postup laserového plátování. Výběrem vhodných hardwarových řešení a optimalizovaných procesních strategií lze při vysokorychlostním laserovém plátování dosáhnout jak vynikající kvality povlaku, tak výrazného snížení nákladů.