Η τεχνολογία επικάλυψης με λέιζερ, μια εξελιγμένη μέθοδος επιφανειακής μηχανικής, χρησιμοποιεί λέιζερ υψηλής ενέργειας για την ταυτόχρονη τήξη της μεταλλικής σκόνης και της επιφάνειας του υποστρώματος, σχηματίζοντας μεταλλουργικά συνδεδεμένες επιστρώσεις κράματος κατά την ταχεία στερεοποίηση. Αυτή η προηγμένη διαδικασία επικάλυψης με λέιζερ προσδίδει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στη φθορά και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες στις επιφάνειες των τεμαχίων, καθιστώντας την ευρέως αποδεκτή σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές.

Στις πρακτικές εφαρμογές επικάλυψης με λέιζερ, οι περισσότεροι βιομηχανικοί χρήστες στοχεύουν στην επίτευξη επικαλύψεων με υψηλή επιπεδότητα. Όσο πιο επίπεδη είναι η επιφάνεια, τόσο λιγότερη μεταγενέστερη στίλβωση απαιτείται, εξοικονομώντας υλικό μεταλλικής σκόνης και μειώνοντας σημαντικά το κόστος παραγωγής. Ειδικότερα, η επιπεδότητα της επικάλυψης επένδυσης με λέιζερ επηρεάζεται κυρίως από τρεις παράγοντες: την επιπεδότητα ενός μεμονωμένου περάσματος επένδυσης, το πάχος ενός μεμονωμένου περάσματος και το ποσοστό επικάλυψης μεταξύ γειτονικών περασμάτων επένδυσης.

Επίδραση του σχήματος της κηλίδας στην ποιότητα της επικάλυψης με λέιζερ

Κατά τη διαδικασία επικάλυψης με λέιζερ, η επιφανειακή τάση και η διαβρεξιμότητα του λιωμένου μετάλλου αλληλεπιδρούν, οδηγώντας σε σαφώς διαφορετικά προφίλ τροχιάς τήγματος ανάλογα με το σχήμα της κηλίδας λέιζερ. Κατά τη χρήση μικρών κυκλικών σημείων (3mm-5mm) για την επικάλυψη με λέιζερ, η επιφάνεια του ίχνους τήγματος σχηματίζει συνήθως κυρτό σχήμα αντί για την επιθυμητή επίπεδη επιφάνεια. Αντίθετα, όταν χρησιμοποιούνται μεγαλύτερα ορθογώνια σημεία (10mm-30mm), παράγοντες όπως η ομοιομορφία της τροφοδοσίας σκόνης και η ομοιομορφία της έντασης του σημείου εμποδίζουν το ενιαίο στρώμα επικάλυψης να επιτύχει ιδανική επιπεδότητα.

Ο κρίσιμος ρόλος του ρυθμού επικάλυψης στην επικάλυψη με λέιζερ

Κατά την επικάλυψη με λέιζερ, τα γειτονικά ίχνη τήγματος πρέπει να επικαλύπτονται σε ορισμένο βαθμό, μια παράμετρος που είναι ζωτικής σημασίας για την επιπεδότητα της τελικής επίστρωσης. Το ποσοστό επικάλυψης (R) υπολογίζεται ως εξής:
R = D/W × 100%
Πού D είναι το πλάτος επικάλυψης και W είναι το πλάτος της επένδυσης ενός περάσματος. Εάν ένα μέγεθος βήματος d χρησιμοποιείται (η απόσταση που το λέιζερ κινείται προς τα εμπρός μετά από κάθε πέρασμα), ο ρυθμός επικάλυψης μπορεί να εκφραστεί ως εξής:
R = (W-d)/W × 100%

Από τον τύπο, είναι σαφές ότι όσο μικρότερο είναι το μέγεθος του βήματος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός επικάλυψης, πράγμα που σημαίνει ότι τα ίχνη τήξης θα επικαλύπτονται περισσότερο. Στην περίπτωση της επένδυσης με λέιζερ ορθογώνιου σημείου, ο ρυθμός επικάλυψης είναι συνήθως κάτω από 50%. Ένας υψηλός ρυθμός επικάλυψης μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την απόδοση της επικάλυψης, ενώ ένας ρυθμός μικρότερος από 50% θα προκαλέσει διακυμάνσεις στο πάχος της επικάλυψης.

Σύγκριση επιδόσεων κυκλικών και ορθογώνιων μεγεθών κηλίδων σε επιστρώσεις λέιζερ

Ας υποθέσουμε ότι το πάχος επένδυσης ανά πέρασμα είναι 1mm. Κατά τη διαδικασία που χρησιμοποιεί ορθογώνιες κηλίδες, το λεπτότερο τμήμα της επικάλυψης είναι περίπου 1mm, ενώ το παχύτερο τμήμα μπορεί θεωρητικά να φτάσει τα 2mm (λίγο λιγότερο στην πράξη). Επομένως, τα μεγάλα ορθογώνια σημεία μπορεί να δυσκολεύονται να ανταποκριθούν στις υψηλές απαιτήσεις επιπεδότητας για επιστρώσεις επικάλυψης.

Αντίθετα, η διαδικασία επικάλυψης με λέιζερ με χρήση κυκλικών σημείων μεγέθους 3-5 mm παρουσιάζει σημαντικό πλεονέκτημα. Η αρχή που κρύβεται πίσω από αυτό είναι διαφορετική από εκείνη των ορθογώνιων κηλίδων: οι ορθογώνιες κηλίδες επιτυγχάνουν συνήθως το απαιτούμενο πάχος επένδυσης μέσω ενός μόνο στρώματος (ή το πολύ δύο), ενώ το πάχος επένδυσης λέιζερ με κυκλική κηλίδα 3-5mm επιτυγχάνεται μέσω πολλαπλών στρώσεων επικάλυψης.

Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μια κυκλική κηλίδα 5 mm με βήμα 1 mm (ρυθμός επικάλυψης 80%), για να επιτευχθεί επικάλυψη πάχους 1 mm, θα χρειαστούν πέντε στρώσεις από ίχνη τήγματος πάχους 0,2 mm. Αυτό το χαρακτηριστικό της στοίβαξης πολλών στρώσεων είναι μια βασική διαφορά μεταξύ της επένδυσης με λέιζερ μικρού κυκλικού σημείου και ορθογώνιου σημείου.

Πραγματική αποτελεσματικότητα της επικάλυψης λέιζερ υψηλής ταχύτητας

Με την υιοθέτηση της διαδικασίας επικάλυψης με λέιζερ κυκλικής κηλίδας 3-5 χιλιοστών, μπορεί να επιτευχθεί εξαιρετικά υψηλή επιπεδότητα (κάτω από 10 μικρά). Το Σχήμα 2 δείχνει τα αποτελέσματα της δοκιμής επιπεδότητας των επικαλύψεων που παρήγαγε η Zhongke Zhongmei χρησιμοποιώντας κυκλικές κηλίδες 3-5mm, όπου η επιπεδότητα έφτασε σε ένα εξαιρετικό επίπεδο Ra5-6μm.

Συμπέρασμα: Βελτιστοποίηση της επιλογής σημείου για τη διαδικασία επικάλυψης με λέιζερ

Με βάση την παραπάνω ανάλυση, μπορεί να εξαχθεί ένα σαφές συμπέρασμα: Στις εφαρμογές επικάλυψης με λέιζερ που απαιτούν υψηλή επιπεδότητα, το σχήμα και το μέγεθος της κηλίδας λέιζερ αποτελούν κρίσιμες παραμέτρους διεργασίας. Η διαδικασία επένδυσης με λέιζερ με κυκλικό σημείο 3-5 mm επιτυγχάνει το απαιτούμενο πάχος επένδυσης μέσω υψηλών ρυθμών επικάλυψης και πολλαπλών στρώσεων, καθιστώντας την την καλύτερη επιλογή για επιστρώσεις υψηλής επιπεδότητας. Για εφαρμογές επικάλυψης με λέιζερ που επικεντρώνονται στην ποιότητα της επικάλυψης και το επακόλουθο κόστος επεξεργασίας, τα κυκλικά σημεία αποτελούν αναμφίβολα την ανώτερη επιλογή.

Σε συγκεκριμένα έργα επικάλυψης με λέιζερ, οι μηχανικοί θα πρέπει να επιλέγουν τον τύπο της κηλίδας και τις παραμέτρους της διεργασίας με βάση παράγοντες όπως οι απαιτήσεις του τεμαχίου, η αποδοτικότητα της παραγωγής και οι οικονομικές εκτιμήσεις, ώστε να διασφαλιστεί ότι η ποιότητα της επικάλυψης με λέιζερ θα φτάσει στη βέλτιστη δυνατή κατάσταση.