În 1974, Gnanamuthu de la ACVO EVERETT RES LAB INC din Statele Unite a introdus primul brevet de placare cu laser (US3952180A), marcând începutul cercetării fundamentale în domeniul tehnologiei de placare cu laser. Cu toate acestea, din cauza limitărilor tehnologiei laser, dezvoltarea industrială a placării laser a fost lentă pentru o lungă perioadă de timp. Abia în secolul XXI, odată cu maturizarea tehnologiei laser de mare putere, industrializarea placare cu laser tehnologia a început să accelereze.

Tehnologia de placare cu laser oferă numeroase avantaje, cum ar fi diluția redusă, aportul minim de căldură și versatilitatea materialelor. De-a lungul timpului, diferite tipuri de placare cu laser au fost dezvoltate și aplicate pe scară largă în domenii precum fabricarea aditivă, refabricarea și ingineria suprafețelor. Tipurile comune de placare cu laser pot fi clasificate pe baza tipului de material și a formei de cuplare a fasciculului laser și a materialului. Acestea includ placare coaxială cu laser cu pulbere, placare cu laser cu pulbere în afara axei (cunoscută și sub denumirea de placare cu laser cu alimentare laterală cu pulbere), placare cu laser de mare viteză (cunoscut și sub denumirea de placare laser de viteză ultra-rapidă) și placare cu laser cu sârmă de mare viteză.

Placare laser cu pulbere coaxială

Placare coaxială cu laser cu pulbere utilizează, de obicei, un laser cu fibră semiconductoare și un alimentator de pulbere alimentat cu aer de tip disc. Capul de placare utilizează un punct luminos circular cu o ieșire centrală, unde pulberea este livrată în jurul fasciculului laser sau în fluxuri multiple. Un canal special de gaz protector este configurat pentru a se asigura că fluxul de pulbere, fasciculul laser și fluxul de gaz protector se întâlnesc într-un singur punct. Se formează astfel un bazin topit la focar, iar pe măsură ce capul de placare se deplasează în raport cu piesa de prelucrat, stratul de placare se formează la suprafață.

Avantajele placării laser cu pulbere coaxială:

• Libertate ridicată, automatizare ușoară: Deoarece placarea poate fi efectuată în orice direcție, procesul este ușor de automatizat. Capul de placare se poate deplasa liber peste orice parte a piesei de prelucrat, permițând placarea suprafeței pieselor cu forme complexe. Atunci când este utilizat ca un cap de imprimare 3D, placare coaxială cu laser cu pulbere poate efectua Imprimare cu laser 3D.
• Protecția cu gaz inert pentru bazinul topit: Pulberea este transportată de gaz și este protejată de gaz inert, minimizând oxidarea. Procesul de placare într-o atmosferă inertă controlată asigură o acoperire de calitate superioară, cu mai puțini oxizi.
• Piscină topită mică, încălzire uniformă, rezistență bună la fisuri: The placare coaxială cu laser cu pulbere asigură o încălzire uniformă a pulberii, rezultând un bazin topit mai mic. Acest lucru face ca stratul de placare să fie rezistent la fisurare, chiar și atunci când se lucrează cu materiale dure precum carbura de tungsten.

Aplicații: Placare coaxială cu laser cu pulbere este utilizat în mod obișnuit pentru piese de precizie precum arbori, angrenaje, carcase și componente de formă complexă pentru modificarea suprafeței și refabricarea aditivă. În metal Imprimare 3D, este adesea utilizat pentru modelarea în mare parte a plaselor apropiate și pentru prepararea de materiale gradiente.

Placare cu laser cu pulbere în afara axei

Placare cu laser cu pulbere în afara axei (cunoscut și sub denumirea de placare cu laser cu alimentare laterală cu pulbere) utilizează de obicei un laser semiconductor cu ieșire directă sau un laser cu fibră semiconductoare cu un alimentator de pulbere gravitațional. Capul de placare utilizează un punct de lumină dreptunghiular cu alimentare laterală cu pulbere în bandă largă. În timpul funcționării, pulberea de aliaj este livrată la suprafața piesei de prelucrat, unde este scanată de fasciculul laser pentru a forma un bazin topit, care se răcește pentru a crea stratul de placare.

Avantajele placării cu laser cu pulbere în afara axei:

• Utilizare ridicată a materialelor: Comparativ cu placare coaxială cu laser cu pulbere, utilizarea materialului de placare cu laser cu pulbere în afara axei poate ajunge la peste 95%. Pulberea este pre-poziționată pe piesa de prelucrat, iar fasciculul laser o topește fără a risipi pulberea, așa cum se întâmplă adesea în metodele de alimentare coaxială.
• Eficiență mai mare a placării: Prin utilizarea unui spot de lumină dreptunghiular, această metodă crește eficiența placării. Cu o putere laser mai mare și o lățime mai mare a spotului, se pot obține lățimi de placare de până la 30 mm, cu o eficiență de placare de până la 1m/h sau 12Kg/h.
• Fără consum de gaz inert: Placare cu laser cu pulbere în afara axei utilizează alimentarea cu pulbere prin gravitație și nu necesită utilizarea gazului inert, reducând costurile materialelor. Cu toate acestea, tehnica necesită aer comprimat și poate să nu fie la fel de eficientă pentru materialele predispuse la oxidare.

Aplicații: Această tehnică se aplică de obicei pieselor mai mari, mai simple, cum ar fi cilindrii hidraulici, rolele și alte piese mari în placarea suprafețelor și refabricarea aditivă.

Placare laser cu viteză ultra-înaltă

Dezvoltat de Institutul Fraunhofer pentru tehnologia laserului (Fraunhofer ILT) din Germania, placare laser cu viteză ultra-rapidă este o tehnologie revoluționară care a fost promovată în China începând din 2017. Această tehnologie utilizează lasere cu fibră de înaltă calitate și capete de placare cu laser de mare viteză proiectate cu precizie, împreună cu sisteme de mișcare de mare viteză sau de mare viteză. Fasciculul laser și fluxul de pulbere sunt cuplate cu precizie, permițând pulberii să se topească înainte de a intra în bazinul topit, rezultând viteze de placare semnificativ mai mari - până la 200 de metri pe minut, comparativ cu vitezele tradiționale de 2 metri pe minut.

Avantajele placării cu laser la viteză foarte mare:

• Eficiență ridicată de utilizare a energiei laser: Proiectarea fasciculului laser, a fluxului de pulbere și a cuplării gazului inert reduce semnificativ pierderile prin reflexie și împrăștiere, îmbunătățind eficiența energetică. În timp ce placare cu laser tehnologii precum metodele coaxiale și în afara axei au rate de utilizare a energiei de aproximativ 35%, placare laser cu viteză ultra-rapidă atinge rate de utilizare a energiei de aproximativ 65%.
• Eficiență ridicată a placării: Datorită eficienței sale energetice superioare, placare laser cu viteză ultra-rapidă permite viteze de placare extrem de mari și straturi subțiri, ceea ce duce la o eficiență foarte mare a placării (până la 0,7m/s sau mai mult).
• Rata de diluție scăzută: Timpul scurt de existență a bazinului topit datorită vitezei mari de scanare duce la o rată scăzută de diluare, asigurând calitatea stratului de placare.
• Rugozitate bună a suprafeței și rezistență la fisuri: Învelișul produs prin această tehnologie are o rugozitate redusă și o rezistență excelentă la fisuri.

Aplicații: Placare laser cu viteză ultra-rapidă este ideală pentru placarea de mare capacitate a pieselor mari și a celor care necesită o diluare minimă, cum ar fi pentru protecția suprafețelor pieselor noi sau pentru acoperiri de înaltă performanță pentru componentele existente.

Placare laser cu sârmă de mare viteză

The placare cu laser cu sârmă de mare viteză este o tehnică de placare cu laser de ultimă generație, dezvoltată pentru a satisface cerințele pieței privind producția ecologică, de înaltă eficiență și de înaltă calitate. Această tehnologie utilizează sisteme de alimentare cu sârmă de înaltă precizie cu lasere cu fibră pentru a realiza placarea cu sârmă metalică ca material de alimentare.

Avantajele placării laser cu sârmă de mare viteză:

• Ecologic: Spre deosebire de placarea laser tradițională pe bază de pulbere, placare cu laser cu sârmă de mare viteză nu generează praf, vapori sau deșeuri de pulbere metalică, ceea ce îl face mai ecologic.
• Utilizare ridicată a materialelor: Sârma metalică este topită complet și formează stratul de placare fără scurgeri sau deșeuri, atingând rate de utilizare a materialului de până la 99%.
• Eficiență ridicată a placării: Datorită preîncălzirii firului, energia și timpul necesare pentru topirea materialului sunt reduse semnificativ, rezultând o eficiență mai mare a placării în comparație cu placarea tradițională cu laser cu pulbere.
• Consum redus de căldură, deformare minimă: Această metodă necesită mai puțină energie și oferă un aport de căldură mai mic, minimizând deformarea piesei de prelucrat. Tehnologia este ideală pentru componente delicate, cum ar fi piesele cu pereți subțiri sau alungite.

Aplicații: Placare cu laser cu fir de mare viteză este utilizat pe scară largă pentru protecția suprafețelor, recondiționarea aditivă și placarea pieselor care sunt predispuse la deformare, cum ar fi arborii lungi sau componentele cu pereți subțiri.

Concluzie

Evoluția placare cu laser tehnologii, de la metodele tradiționale la cele de viteză foarte mare, a îmbunătățit semnificativ capacitățile de producție industrială. Aceste progrese în placare cu laser oferă o utilizare ridicată a materialelor, o eficiență îmbunătățită și procese ecologice, făcându-le ideale pentru diverse aplicații în industrii precum industria aerospațială, industria auto și utilaje grele.

Placare cu laser continuă să evolueze și va juca un rol din ce în ce mai important în dezvoltarea producției avansate, oferind beneficii economice și de mediu substanțiale. Pe măsură ce tehnologia va fi adoptată pe scară mai largă, aceasta va revoluționa modul în care industriile abordează tratarea suprafețelor și fabricarea aditivă, oferind un instrument puternic pentru nevoile moderne de producție.