در سال ۱۹۷۴، گنناموتو از شرکت ACVO EVERETT RES LAB INC در ایالات متحدهٔ آمریکا اولین را معرفی کرد. حق ثبت اختراع پوشش‌دهی لیزری (US3952180A)، که آغاز تحقیقات بنیادی در زمینه فناوری پوشش لیزری را نشان می‌دهد. با این حال، به دلیل محدودیت‌های فناوری لیزر، توسعه صنعتی پوشش لیزری برای مدت طولانی کند بود. تا قرن بیست و یکم و با بلوغ فناوری لیزرهای پرقدرت، صنعتی‌سازی آن آغاز نشد. پوشش‌دهی لیزری فناوری شتاب گرفت.

فناوری پوشش‌دهی لیزری مزایای متعددی را ارائه می‌دهد، مانند رقیق‌سازی کم، ورودی حرارت حداقلی و انعطاف‌پذیری در انتخاب مواد. با گذشت زمان، انواع مختلفی از پوشش‌دهی لیزری فناوری‌ها توسعه یافته‌اند و به طور گسترده در حوزه‌هایی مانند ساخت افزودنی، بازتولید و مهندسی سطح به کار گرفته شده‌اند. انواع رایج پوشش‌دهی لیزری فناوری‌ها را می‌توان بر اساس نوع ماده و شکل جفت‌شدن پرتو لیزر و ماده طبقه‌بندی کرد. این موارد شامل پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور, پوشش‌دهی پودری لیزری خارج از محور (که به آن پوشش‌دهی لیزری جانبی با پودر نیز گفته می‌شود), پوشش‌دهی لیزری با سرعت بالا (که به آن پوشش‌دهی با لیزر فوق‌سریع نیز گفته می‌شود)، و پوشش‌دهی سیم لیزری پرسرعت.

پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور

پوشش‌دهی پودری لیزری هم‌محور معمولاً از لیزر فیبر نیمه‌رسانا و خوراک‌دهنده پودر دیسکی با تغذیه هوایی استفاده می‌کند. سر پوشش‌دهی از یک نقطه نورانی دایره‌ای با خروجی مرکزی بهره می‌برد که در آن پودر اطراف پرتو لیزر یا در چندین جریان به آن تحویل داده می‌شود. یک کانال گاز محافظ ویژه ایجاد می‌شود تا جریان پودر، پرتو لیزر و جریان گاز محافظ در یک نقطه واحد به هم برسند. این امر یک حوضچه مذاب در کانون ایجاد می‌کند و با حرکت سر پوشش‌دهی نسبت به قطعه کار، لایه پوشش‌دهی روی سطح شکل می‌گیرد.

مزایای پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور:

• آزادی بالا، اتوماسیون آساناز آنجا که پوشش‌دهی می‌تواند در هر جهتی انجام شود، خودکارسازی فرایند آسان است. سر پوشش‌دهی می‌تواند آزادانه روی هر بخش از قطعه حرکت کند و پوشش‌دهی سطحی قطعات با اشکال پیچیده را ممکن می‌سازد. هنگامی که به‌عنوان هد چاپ سه‌بعدی استفاده شود،, پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور می‌تواند اجرا کند چاپ سه‌بعدی لیزری.
• حفاظت با گاز خنثی برای حوضچه مذابپودر توسط گاز حمل شده و با گاز بی‌اثر محافظت می‌شود که اکسید شدن را به حداقل می‌رساند. فرآیند روکش‌کاری در جو بی‌اثر کنترل‌شده، پوشش با کیفیت بالاتری با اکسیدهای کمتر را تضمین می‌کند.
• حوضچه ذوب کوچک، گرمایش یکنواخت، مقاومت خوب در برابر ترک: آن پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور این فرآیند گرمایش یکنواخت پودر را تضمین می‌کند و منجر به حوضچه ذوب کوچکتری می‌شود. این امر لایه روکش را در برابر ترک‌خوردگی مقاوم می‌سازد، حتی هنگام کار با مواد سخت مانند کاربید تنگستن.

کاربردها: پوشش‌دهی پودری لیزری هم‌محور به‌طور معمول برای قطعات دقیق مانند شفت‌ها، چرخ‌دنده‌ها، محفظه‌ها و اجزای دارای اشکال پیچیده جهت اصلاح سطح و بازتولید افزایشی در فلز استفاده می‌شود. چاپ سه‌بعدی, اغلب برای شکل‌دهی تقریباً نهایی قطعات بزرگ و آماده‌سازی مواد گرادیانتی استفاده می‌شود.

پوشش‌دهی پودری لیزری خارج از محور

پوشش‌دهی پودری لیزری خارج از محور (که به آن پوشش‌دهی لیزری با تغذیه پودری جانبی نیز گفته می‌شود) معمولاً از لیزر نیمه‌رسانا با خروجی مستقیم یا لیزر فیبر نیمه‌رسانا همراه با تغذیه‌کننده پودری گرانشی استفاده می‌کند. سر پوشش‌دهی از نقطه نور مستطیلی با تغذیه پودری جانبی پهن‌باند بهره می‌برد. در حین عملیات، پودر آلیاژی به سطح قطعه کار منتقل می‌شود، جایی که توسط پرتو لیزر اسکن شده و حوضچه مذاب ایجاد می‌کند که پس از خنک شدن، لایه پوشش‌دهی را تشکیل می‌دهد.

مزایای پوشش‌دهی پودری لیزری خارج از محور:

• استفاده بهینه از مواد: در مقایسه با پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور, ، بهره‌برداری از مادهٔ پوشش‌دهی پودری لیزری خارج از محور می‌تواند به بیش از ۹۵۱TP3T برسد. پودر از قبل روی قطعه کار قرار داده شده و پرتو لیزر آن را بدون هدررفت پودر، همان‌طور که اغلب در روش‌های تغذیه هم‌محور دیده می‌شود، ذوب می‌کند.
• کارایی بالاتر در پوشش‌دهیبا استفاده از نقطه نور مستطیلی، این روش بازده روکش‌کاری را افزایش می‌دهد. با توان لیزر بالاتر و عرض نقطه بزرگ‌تر، می‌توان عرض روکش‌کاری تا ۳۰ میلی‌متر را با بازده روکش‌کاری تا ۱ متر بر ساعت یا ۱۲ کیلوگرم بر ساعت به‌دست آورد.
• بدون مصرف گاز بی‌اثر: پوشش‌دهی پودری لیزری خارج از محور از تغذیه پودری گرانشی استفاده می‌کند و نیازی به گاز خنثی ندارد، که در هزینه‌های مواد صرفه‌جویی می‌کند. با این حال، این روش به هوای فشرده نیاز دارد و ممکن است برای موادی که مستعد اکسیداسیون هستند به اندازه کافی مؤثر نباشد.

کاربردها: این تکنیک معمولاً در قطعات بزرگ‌تر و ساده‌تر مانند سیلندرهای هیدرولیک، غلتک‌ها و سایر قطعات بزرگ در پوشش سطحی و بازتولید افزودنی به کار می‌رود.

پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع

توسعه‌یافته توسط مؤسسه فرائونهوفر فناوری لیزر (فرائونهوفر ILT) در آلمان،, پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع یک فناوری تحول‌آفرین است که از سال ۲۰۱۷ در چین ترویج شده است. این فناوری از لیزرهای فیبری با کیفیت بالا و سرهای پوشش‌دهی لیزری با سرعت بالا و طراحی دقیق همراه با سیستم‌های حرکتی با سرعت یا شتاب بالا استفاده می‌کند. پرتو لیزر و جریان پودر به‌طور دقیق کوپل شده‌اند، به‌طوری‌که پودر پیش از ورود به حوضچه مذاب ذوب می‌شود و در نتیجه سرعت‌های پوشش‌دهی به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد—تا ۲۰۰ متر در دقیقه, ، در مقایسه با سرعت‌های سنتی ۲ متر در دقیقه.

مزایای پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع:

• کارایی بالای بهره‌برداری از انرژی لیزرطراحی پرتو لیزر، جریان پودر و کوپلینگ گاز خنثی به‌طور قابل‌توجهی تلفات بازتاب و پراکندگی را کاهش داده و بازده انرژی را بهبود می‌بخشد. در حالی که سنتی پوشش‌دهی لیزری فناوری‌هایی مانند روش‌های کواکسیال و آف-اکسیس، نرخ بهره‌وری انرژی در حدود ۳۵۱TP3T دارند., پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع به نرخ بهره‌وری انرژی حدود ۶۵۱TP3T دست می‌یابد.
• کارایی بالای پوشش: به دلیل بهره‌وری انرژی بالاتر،, پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع سرعت‌های بسیار بالا در پوشش‌دهی و لایه‌های نازک را ممکن می‌سازد که منجر به بازده پوشش‌دهی بسیار بالا (تا ۰.۷ متر بر ثانیه یا بیشتر) می‌شود.
• نرخ رقیق‌سازی پایینمدت زمان کوتاه وجود حوضچه مذاب به دلیل سرعت بالای اسکن، منجر به نرخ رقیق‌سازی پایین می‌شود و کیفیت لایه روکش را تضمین می‌کند.
• نگرانی از سطح ناهموار و ترک‌خوردگیروکش تولیدشده با این فناوری دارای زبری کم و مقاومت عالی در برابر ترک است.

کاربردها: پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع برای پوشش‌دهی با بازده بالا روی قطعات بزرگ و قطعاتی که به حداقل رقیق‌سازی نیاز دارند، مانند محافظت سطحی در قطعات جدید یا پوشش‌های با کارایی بالا برای قطعات موجود، ایده‌آل است.

پوشش‌دهی سیم‌فلزی لیزری با سرعت بالا

آن پوشش‌دهی سیم لیزری پرسرعت این فناوری یک روش پوشش‌دهی لیزری نسل جدید است که برای پاسخگویی به نیازهای بازار به تولید دوستدار محیط‌زیست، با بازده بالا و کیفیت عالی توسعه یافته است. این فناوری از سیستم‌های تغذیه‌ی سیم با دقت بالا همراه با لیزرهای فیبری برای انجام پوشش‌دهی با سیم فلزی به‌عنوان مادهٔ ورودی استفاده می‌کند.

مزایای پوشش‌دهی با لیزر سیمی پرسرعت:

• سازگار با محیط زیست: برخلاف پوشش‌دهی لیزری سنتی مبتنی بر پودر،, پوشش‌دهی سیم لیزری پرسرعت هیچ گرد و غبار، دود یا ضایعات پودر فلز تولید نمی‌کند و این امر آن را از نظر زیست‌محیطی دوستدارتر می‌سازد.
• استفاده بهینه از موادسیم فلزی به‌طور کامل ذوب شده و بدون ریزش یا ضایعات، لایه روکش را تشکیل می‌دهد و به نرخ بهره‌برداری از مواد تا ۹۹٫۱٪ دست می‌یابد.
• کارایی بالای پوشش: به دلیل پیش‌گرم‌شدن سیم، انرژی و زمان لازم برای ذوب‌کردن ماده به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد که منجر به کارایی پوشش‌دهی بالاتر در مقایسه با پوشش‌دهی لیزری سنتی با پودر می‌شود.
• ورودی حرارت کم، تغییر شکل حداقلیاین روش به انرژی کمتری نیاز دارد و ورودی گرمای کمتری ارائه می‌دهد که انحراف قطعه را به حداقل می‌رساند. این فناوری برای قطعات ظریف مانند قطعات با دیواره‌های نازک یا قطعات کشیده ایده‌آل است.

کاربردها: پوشش‌دهی سیم لیزری با سرعت بالا به‌طور گسترده برای محافظت از سطح، ساخت افزودنی، و روکش‌کاری قطعاتی که مستعد تغییر شکل هستند، مانند شفت‌های بلند یا اجزای با دیواره نازک، استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

تحول پوشش‌دهی لیزری فناوری‌ها، از روش‌های سنتی تا روش‌های فوق‌سریع، به‌طور قابل‌توجهی قابلیت‌های تولید صنعتی را ارتقا داده‌اند. این پیشرفت‌ها در پوشش‌دهی لیزری استفاده بهینه از مواد، کارایی بهبود یافته و فرآیندهای سازگار با محیط زیست را ارائه می‌دهند که آن‌ها را برای کاربردهای مختلف در صنایعی مانند هوافضا، خودروسازی و ماشین‌آلات سنگین ایده‌آل می‌سازد.

پوشش‌دهی لیزری فناوری همچنان در حال تحول است و نقشی فزاینده و محوری در توسعه تولید پیشرفته ایفا خواهد کرد و مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی قابل‌توجهی ارائه می‌دهد. با فراگیرتر شدن این فناوری، قرار است انقلابی در رویکرد صنایع به عملیات سطحی و تولید افزایشی ایجاد کند و ابزاری قدرتمند برای نیازهای تولید مدرن فراهم آورد.