ในปี 1974, Gnanamuthu จาก ACVO EVERETT RES LAB INC ในสหรัฐอเมริกา ได้แนะนำเป็นครั้งแรก สิทธิบัตรการเคลือบด้วยเลเซอร์ (US3952180A) ซึ่งเป็นการเริ่มต้นของการวิจัยพื้นฐานในเทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดในเทคโนโลยีเลเซอร์ การพัฒนาอุตสาหกรรมของการเคลือบด้วยเลเซอร์จึงเป็นไปอย่างช้าๆ เป็นเวลานาน จนกระทั่งในศตวรรษที่ 21 เมื่อเทคโนโลยีเลเซอร์กำลังสูงมีความสมบูรณ์มากขึ้น การทำให้เป็นอุตสาหกรรมของการเคลือบด้วยเลเซอร์จึงเริ่มเกิดขึ้น การหุ้มด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยีเริ่มเร่งความเร็วขึ้น.

เทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์มีข้อดีมากมาย เช่น การเจือจางต่ำ การนำความร้อนเข้าสู่ชิ้นงานน้อย และความหลากหลายของวัสดุที่ใช้ได้ เมื่อเวลาผ่านไป ประเภทต่างๆ ของ การหุ้มด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยีได้ถูกพัฒนาขึ้นและนำไปใช้อย่างแพร่หลายในสาขาต่าง ๆ เช่น การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ การผลิตใหม่ และการวิศวกรรมพื้นผิว ประเภททั่วไปของ การหุ้มด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยีสามารถจำแนกตามประเภทของวัสดุและรูปแบบการเชื่อมต่อของลำแสงเลเซอร์กับวัสดุได้ ซึ่งรวมถึง การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์แบบผงแกนร่วม, การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ผงแบบนอกแกน (หรือที่รู้จักกันในชื่อ การหล่อทับด้วยเลเซอร์แบบป้อนผงด้านข้าง), การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ความเร็วสูง (หรือที่รู้จักในนามของการเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ) และ การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ลวดความเร็วสูง.

การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์แบบผงแกนร่วม

การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์แบบผงชนิดแกนร่วม โดยทั่วไปใช้เลเซอร์ไฟเบอร์กึ่งตัวนำและเครื่องป้อนผงแบบแผ่นจานที่ป้อนอากาศ เครื่องหัวเคลือบใช้จุดแสงวงกลมที่มีจุดปล่อยตรงกลาง ซึ่งผงจะถูกส่งรอบๆ ลำแสงเลเซอร์หรือในหลายกระแสมีการติดตั้งช่องก๊าซป้องกันพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าผงโลหะ ลำแสงเลเซอร์ และก๊าซป้องกันไหลมาบรรจบกันที่จุดเดียว ซึ่งจะทำให้เกิดแอ่งโลหะหลอมเหลวที่จุดโฟกัส และเมื่อหัวเคลือบเคลื่อนที่สัมพันธ์กับชิ้นงาน ชั้นเคลือบจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิว.

ข้อดีของการเคลือบด้วยเลเซอร์ผงแบบแกนร่วม:

• อิสระสูง, อัตโนมัติได้ง่าย: เนื่องจากสามารถทำการเคลือบผิวได้ในทุกทิศทาง จึงทำให้กระบวนการนี้สามารถทำงานอัตโนมัติได้อย่างง่ายดาย หัวเคลือบสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเหนือทุกส่วนของชิ้นงาน ทำให้สามารถเคลือบผิวชิ้นส่วนที่มีรูปทรงซับซ้อนได้ เมื่อใช้เป็นหัวพิมพ์สามมิติ, การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์แบบผงแกนร่วม สามารถดำเนินการได้ การพิมพ์เลเซอร์สามมิติ.
• การป้องกันด้วยก๊าซเฉื่อยสำหรับแอ่งโลหะหลอม: ผงถูกพัดพาโดยแก๊สและได้รับการปกป้องโดยแก๊สเฉื่อย ซึ่งช่วยลดการเกิดออกซิเดชัน กระบวนการเคลือบผิวในบรรยากาศที่ควบคุมด้วยแก๊สเฉื่อยช่วยให้ได้การเคลือบผิวที่มีคุณภาพสูงขึ้นและมีออกไซด์น้อยลง.
• บ่อหลอมเหลวขนาดเล็ก, การให้ความร้อนสม่ำเสมอ, ทนต่อการแตกร้าวได้ดี: เดอะ การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์แบบผงแกนร่วม กระบวนการนี้ช่วยให้ผงได้รับความร้อนอย่างสม่ำเสมอ ส่งผลให้เกิดแอ่งหลอมเหลวขนาดเล็ก ซึ่งทำให้ชั้นเคลือบมีความทนทานต่อการแตกร้าว แม้จะใช้งานกับวัสดุที่แข็ง เช่น ทังสเตนคาร์ไบด์.

การใช้งาน: การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์แบบผงชนิดแกนร่วม มักใช้สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น เพลา เฟือง ตัวเรือน และชิ้นส่วนที่มีรูปทรงซับซ้อนสำหรับการปรับปรุงพื้นผิวและการผลิตซ้ำแบบเติมเนื้อวัสดุ ในงานโลหะ การพิมพ์สามมิติ, มักใช้สำหรับการขึ้นรูปชิ้นส่วนขนาดใหญ่ใกล้รูปทรงที่ต้องการและการเตรียมวัสดุที่มีความชันของสมบัติ.

การเคลือบผงด้วยเลเซอร์แบบนอกแกน

การเคลือบผงด้วยเลเซอร์แบบนอกแกน (หรือที่รู้จักกันในชื่อ การเคลือบด้วยเลเซอร์แบบป้อนผงด้านข้าง) โดยทั่วไปใช้เลเซอร์สารกึ่งตัวนำแบบเอาต์พุตโดยตรงหรือเลเซอร์สารกึ่งตัวนำแบบไฟเบอร์ร่วมกับเครื่องป้อนผงแบบแรงโน้มถ่วง หัวเคลือบใช้จุดแสงสี่เหลี่ยมผืนผ้าพร้อมการป้อนผงแบบกว้างด้านข้าง ในระหว่างการทำงาน ผงโลหะผสมจะถูกส่งไปยังพื้นผิวของชิ้นงาน ซึ่งจะถูกสแกนด้วยลำแสงเลเซอร์เพื่อสร้างแอ่งหลอมเหลว ซึ่งจะเย็นตัวลงและสร้างชั้นเคลือบ.

ข้อดีของการเคลือบด้วยเลเซอร์ผงแบบออฟแกน:

• การใช้ประโยชน์จากวัสดุสูง: เมื่อเปรียบเทียบกับ การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์แบบผงแกนร่วม, การใช้ประโยชน์ทางวัตถุของ การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ผงแบบนอกแกน สามารถทำได้มากกว่า 95%. ผงถูกจัดวางไว้ล่วงหน้าบนชิ้นงาน และลำแสงเลเซอร์ทำให้ละลายโดยไม่มีการสูญเสียผงบ่อยครั้งเหมือนที่เห็นในวิธีการป้อนแบบแกนร่วม.
• ประสิทธิภาพการหุ้มที่สูงขึ้น: ด้วยการใช้จุดแสงรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า วิธีนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเคลือบชั้นเปลือกได้ ด้วยกำลังเลเซอร์ที่สูงขึ้นและความกว้างของจุดแสงที่ใหญ่ขึ้น สามารถเคลือบชั้นเปลือกได้กว้างสูงสุดถึง 30 มม. โดยมีประสิทธิภาพการเคลือบชั้นเปลือกสูงสุดถึง 1 เมตรต่อชั่วโมง หรือ 12 กิโลกรัมต่อชั่วโมง.
• ไม่มีการใช้ก๊าซเฉื่อย: การเคลือบผงด้วยเลเซอร์แบบนอกแกน ใช้การป้อนผงด้วยแรงโน้มถ่วงและไม่จำเป็นต้องใช้ก๊าซเฉื่อย ช่วยประหยัดต้นทุนวัสดุ อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้ต้องใช้ลมอัดและอาจไม่เหมาะสมกับวัสดุที่มีแนวโน้มเกิดออกซิเดชัน.

การใช้งาน: เทคนิคนี้มักถูกนำไปใช้กับชิ้นส่วนขนาดใหญ่และเรียบง่าย เช่น กระบอกไฮดรอลิก ลูกกลิ้ง และชิ้นส่วนขนาดใหญ่อื่นๆ ในการเคลือบผิวและการผลิตซ้ำแบบเติมเนื้อวัสดุ.

การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ

พัฒนาโดยสถาบันฟราวน์โฮเฟอร์เพื่อเทคโนโลยีเลเซอร์ (Fraunhofer ILT) ในประเทศเยอรมนี, การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ เป็นเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าซึ่งได้รับการส่งเสริมในประเทศจีนตั้งแต่ปี 2017 เป็นต้นมา เทคโนโลยีนี้ใช้เลเซอร์ไฟเบอร์คุณภาพสูงและหัวเคลือบเลเซอร์ความเร็วสูงที่ออกแบบอย่างแม่นยำร่วมกับระบบเคลื่อนที่ความเร็วสูงหรือความเร็วสูงมาก ลำแสงเลเซอร์และการไหลของผงถูกจับคู่กันอย่างแม่นยำ ทำให้ผงละลายก่อนเข้าสู่สระหลอมเหลว ส่งผลให้มีความเร็วในการเคลือบที่เร็วขึ้นอย่างมาก—สูงถึง 200 เมตรต่อนาที, เมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วแบบดั้งเดิมที่ 2 เมตรต่อนาที.

ข้อดีของการเคลือบด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ:

• ประสิทธิภาพการใช้พลังงานเลเซอร์สูง: การออกแบบลำแสงเลเซอร์ การไหลของผง และการเชื่อมต่อกับก๊าซเฉื่อย ช่วยลดการสะท้อนและการกระเจิงได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานดีขึ้น ในขณะที่แบบดั้งเดิม การหุ้มด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยีเช่น coaxial และ off-axis มีอัตราการใช้พลังงานอยู่ที่ประมาณ 35%, การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ บรรลุอัตราการใช้พลังงานประมาณ 65%.
• ประสิทธิภาพการหุ้มสูง: เนื่องจากประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงกว่า, การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ ช่วยให้สามารถเคลือบผิวด้วยความเร็วสูงมากและชั้นเคลือบที่บางมาก ส่งผลให้มีประสิทธิภาพการเคลือบสูงมาก (สูงถึง 0.7 เมตร/วินาที หรือมากกว่า).
• อัตราการเจือจางต่ำ: ระยะเวลาสั้นที่สระละลายมีอยู่เนื่องจากความเร็วในการสแกนสูง ส่งผลให้อัตราการเจือจางต่ำ ซึ่งช่วยรับประกันคุณภาพของชั้นเคลือบ.
• ความหยาบผิวที่ดีและความต้านทานต่อรอยแตกร้าว: ผนังอาคารที่ผลิตโดยเทคโนโลยีนี้มีผิวเรียบและมีความต้านทานต่อรอยแตกที่ยอดเยี่ยม.

การใช้งาน: การหุ้มด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเคลือบผิวจำนวนมากของชิ้นส่วนขนาดใหญ่และชิ้นส่วนที่ต้องการการเจือจางน้อยที่สุด เช่น การปกป้องพื้นผิวในชิ้นส่วนใหม่หรือการเคลือบผิวประสิทธิภาพสูงสำหรับชิ้นส่วนที่มีอยู่เดิม.

การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ลวดความเร็วสูง

การ การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ลวดความเร็วสูง เทคโนโลยีนี้เป็นเทคนิคการเคลือบด้วยเลเซอร์รุ่นใหม่ที่พัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดในการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพสูง และคุณภาพสูง เทคโนโลยีนี้ใช้ระบบการป้อนลวดที่มีความแม่นยำสูงร่วมกับเลเซอร์ไฟเบอร์เพื่อทำการเคลือบด้วยลวดโลหะเป็นวัสดุป้อน.

ข้อดีของการเคลือบด้วยเลเซอร์ลวดความเร็วสูง:

• เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: ต่างจากการเคลือบด้วยเลเซอร์แบบผงที่ใช้กันทั่วไป, การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ลวดความเร็วสูง ไม่ก่อให้เกิดฝุ่น ควัน หรือเศษผงโลหะ ทำให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น.
• การใช้ประโยชน์จากวัสดุสูง: ลวดโลหะถูกหลอมละลายอย่างสมบูรณ์และก่อตัวเป็นชั้นเคลือบโดยไม่มีการหกหรือสูญเสีย ทำให้ได้อัตราการใช้วัสดุสูงถึง 99%.
• ประสิทธิภาพการหุ้มสูง: เนื่องจากการให้ความร้อนล่วงหน้าของเส้นลวด ทำให้พลังงานและเวลาที่จำเป็นในการหลอมวัสดุลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพในการเคลือบสูงกว่าการเคลือบด้วยเลเซอร์แบบผงแบบดั้งเดิม.
• การให้ความร้อนต่ำ, การบิดเบือนน้อยที่สุด: วิธีนี้ต้องการพลังงานที่ต่ำกว่าและให้พลังงานความร้อนที่น้อยกว่า ซึ่งช่วยลดการเสียรูปของชิ้นงานได้อย่างมาก เทคโนโลยีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อน เช่น ชิ้นส่วนที่มีผนังบางหรือชิ้นส่วนที่ยาว.

การใช้งาน: การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ลวดความเร็วสูง ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการป้องกันพื้นผิว การผลิตซ้ำแบบเติมเนื้อวัสดุ และการเคลือบผิวชิ้นส่วนที่เสี่ยงต่อการเสียรูป เช่น เพลาที่ยาวหรือชิ้นส่วนที่มีผนังบาง.

บทสรุป

วิวัฒนาการของ การหุ้มด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยี ตั้งแต่แบบดั้งเดิมไปจนถึงวิธีการที่มีความเร็วสูงพิเศษ ได้เพิ่มขีดความสามารถในการผลิตของอุตสาหกรรมอย่างมีนัยสำคัญ ความก้าวหน้าเหล่านี้ใน การหุ้มด้วยเลเซอร์ เสนอการใช้ประโยชน์จากวัสดุสูง, ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น, และกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม, ทำให้เหมาะสำหรับการนำไปใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น อากาศยาน, ยานยนต์, และเครื่องจักรหนัก.

การหุ้มด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยีมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการพัฒนาการผลิตขั้นสูง โดยมอบประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมอย่างมาก เมื่อเทคโนโลยีได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายมากขึ้น มันจะปฏิวัติวิธีการที่อุตสาหกรรมต่างๆ เข้าสู่การบำบัดพื้นผิวและการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ โดยเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับความต้องการในการผลิตสมัยใหม่.