1974 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ACVO EVERETT RES LAB INC şirketinden Gnanamuthu, lazer kaplama teknolojisine yönelik temel araştırmaların başlangıcını işaret eden ilk lazer kaplama patentini (US3952180A) aldı. Bununla birlikte, lazer teknolojisindeki sınırlamalar nedeniyle, lazer kaplamanın endüstriyel gelişimi uzun süre yavaş ilerledi. Yüksek güçlü lazer teknolojisinin olgunlaşmasıyla birlikte, lazer kaplama teknolojisinin endüstrileşmesi ancak 21. yüzyılda hızlanmaya başladı.

Lazer kaplama teknolojisi, düşük seyreltme, minimum ısı girişi ve malzeme çeşitliliği gibi birçok avantaj sunmaktadır. Zamanla, eklemeli imalat, yeniden üretim ve yüzey mühendisliği gibi alanlarda yaygın olarak kullanılan çeşitli lazer kaplama teknolojileri geliştirilmiştir. Yaygın lazer kaplama teknolojisi türleri, malzeme türüne ve lazer ışını ile malzemenin birleşme şekline göre sınıflandırılabilir. Bunlar arasında koaksiyel toz lazer kaplama , eksen dışı toz lazer kaplama (yanal toz beslemeli lazer kaplama olarak da bilinir), yüksek hızlı lazer kaplama (ultra yüksek hızlı lazer kaplama olarak da bilinir) ve yüksek hızlı tel lazer kaplama yer almaktadır.

Koaksiyel Toz Lazer Kaplama

Koaksiyel toz lazer kaplama işleminde tipik olarak yarı iletken fiber lazer ve disk tipi hava beslemeli toz besleyici kullanılır. Kaplama başlığı, tozun lazer ışını etrafında veya birden fazla akış halinde iletildiği, merkezi çıkışlı dairesel bir ışık noktası kullanır. Toz akışının, lazer ışınının ve koruyucu gaz akışının tek bir noktada buluşmasını sağlamak için özel bir koruyucu gaz kanalı kurulur. Bu, odak noktasında erimiş bir havuz oluşturur ve kaplama başlığı iş parçasına göre hareket ettikçe, kaplama tabakası yüzeyde oluşur.

Koaksiyel Toz Lazer Kaplamanın Avantajları:

• Yüksek Özgürlük, Kolay OtomasyonKaplama işlemi her yönde yapılabildiğinden, sürecin otomasyonu kolaydır. Kaplama başlığı, iş parçasının herhangi bir bölümü üzerinde serbestçe hareket edebilir ve karmaşık şekillere sahip parçaların yüzey kaplamasını mümkün kılar. 3D baskı başlığı olarak kullanıldığında, koaksiyel toz lazer kaplama yapabilir 3D lazer baskı.
• Erimiş Havuz İçin İnert Gaz KorumasıToz, gazla taşınır ve inert gazla korunarak oksidasyon en aza indirilir. Kontrollü inert atmosferde gerçekleştirilen kaplama işlemi, daha az oksit içeren daha yüksek kaliteli bir kaplama sağlar.
• Küçük Erime Havuzu, Düzgün Isıtma, İyi Çatlama Direnci: koaksiyel toz lazer kaplama Bu işlem, tozun eşit şekilde ısıtılmasını sağlayarak daha küçük bir erimiş havuz oluşmasına neden olur. Bu da, tungsten karbür gibi sert malzemelerle çalışırken bile kaplama tabakasının çatlamaya karşı dayanıklı olmasını sağlar.

Uygulama Alanları: Koaksiyel toz lazer kaplama, genellikle şaftlar, dişliler, gövdeler ve karmaşık şekilli bileşenler gibi hassas parçaların yüzey modifikasyonu ve eklemeli yeniden üretim için kullanılır. Metal 3D baskıda ise genellikle büyük parçaların nihai şekline yakın şekillendirilmesi ve gradyan malzemelerin hazırlanması için kullanılır.

Eksen Dışı Toz Lazer Kaplama

Eksen dışı toz lazer kaplama (yanal toz beslemeli lazer kaplama olarak da bilinir), tipik olarak doğrudan çıkışlı bir yarı iletken lazer veya yerçekimi toz besleyicili bir yarı iletken fiber lazer kullanır. Kaplama başlığı, yanal geniş bantlı toz beslemeli dikdörtgen bir ışık noktası kullanır. İşlem sırasında, alaşım tozu iş parçasının yüzeyine iletilir ve burada lazer ışını tarafından taranarak erimiş bir havuz oluşturulur; bu havuz soğuyarak kaplama tabakasını oluşturur.

Eksen Dışı Toz Lazer Kaplamanın Avantajları:

• Yüksek Malzeme Kullanımı: Nazaran koaksiyel toz lazer kaplamamalzeme kullanımının eksen dışı toz lazer kaplama %95'in üzerine çıkabilir. Toz, iş parçası üzerine önceden yerleştirilir ve lazer ışını, koaksiyel besleme yöntemlerinde sıklıkla görüldüğü gibi toz israfı olmadan onu eritir.
• Daha Yüksek Kaplama VerimliliğiBu yöntem, dikdörtgen bir ışık noktası kullanarak kaplama verimliliğini artırır. Daha yüksek lazer gücü ve daha geniş nokta genişliği ile 30 mm'ye kadar kaplama genişlikleri ve 1 m/sa veya 12 kg/sa'e kadar kaplama verimliliği elde edilebilir.
• İnert gaz tüketimi yok: Eksen dışı toz lazer kaplama Yerçekimiyle toz beslemesi kullanır ve inert gaz kullanımını gerektirmez, bu da malzeme maliyetlerinden tasarruf sağlar. Bununla birlikte, bu teknik basınçlı hava gerektirir ve oksidasyona yatkın malzemeler için o kadar etkili olmayabilir.

Uygulama Alanları: Bu teknik genellikle hidrolik silindirler, makaralar ve yüzey kaplama ve eklemeli yeniden üretimde kullanılan diğer büyük parçalar gibi daha büyük ve basit parçalarda uygulanır.

Ultra Yüksek Hızlı Lazer Kaplama

Almanya'daki Fraunhofer Lazer Teknolojisi Enstitüsü (Fraunhofer ILT) tarafından geliştirilen ultra yüksek hızlı lazer kaplama, 2017'den beri Çin'de tanıtılan çığır açan bir teknolojidir. Bu teknoloji, yüksek kaliteli fiber lazerler ve hassas tasarlanmış yüksek hızlı lazer kaplama başlıklarının yanı sıra yüksek hızlı veya yüksek ivmeli hareket sistemlerini kullanır. Lazer ışını ve toz akışı hassas bir şekilde eşleştirilir, bu da tozun erimiş havuza girmeden önce erimesine olanak tanır ve geleneksel 2 metre/dakika hızlarına kıyasla önemli ölçüde daha hızlı kaplama hızları ( 200 metre/dakika'ya kadar ) sağlar.

Ultra Yüksek Hızlı Lazer Kaplamanın Avantajları:

• Yüksek Lazer Enerjisi Kullanım VerimliliğiLazer ışınının, toz akışının ve inert gaz bağlantısının tasarımı, yansıma ve saçılma kayıplarını önemli ölçüde azaltarak enerji verimliliğini artırır. Geleneksel yöntemlerde ise bu durum geçerlidir. lazer kaplama Koaksiyel ve eksen dışı yöntemler gibi teknolojilerin enerji kullanım oranları yaklaşık %35 civarındadır. ultra yüksek hızlı lazer kaplama Yaklaşık %65'lik enerji kullanım oranlarına ulaşır.
• Yüksek Kaplama VerimliliğiDaha yüksek enerji verimliliği nedeniyle, ultra yüksek hızlı lazer kaplama Bu teknoloji, son derece yüksek kaplama hızlarına ve ince katmanlara olanak tanıyarak çok yüksek kaplama verimliliği (0.7 m/sn veya daha fazla) sağlar.
• Düşük Seyreltme OranıYüksek tarama hızı nedeniyle erimiş havuzun kısa süre kalması, düşük seyreltme oranına yol açarak kaplama tabakasının kalitesini garanti eder.
• İyi Yüzey Pürüzlülüğü ve Çatlak DirenciBu teknolojiyle üretilen kaplama, düşük pürüzlülüğe ve mükemmel çatlak direncine sahiptir.

Uygulama Alanları: Ultra yüksek hızlı lazer kaplama, büyük parçaların yüksek verimlilikle kaplanması ve yeni parçalarda yüzey koruması veya mevcut bileşenler için yüksek performanslı kaplamalar gibi minimum seyreltme gerektiren uygulamalar için idealdir.

Yüksek Hızlı Tel Lazer Kaplama

Yüksek hızlı tel lazer kaplama teknolojisi, çevre dostu, yüksek verimli ve yüksek kaliteli üretim için pazar taleplerini karşılamak üzere geliştirilmiş yeni nesil bir lazer kaplama tekniğidir. Bu teknoloji, metal teli besleme malzemesi olarak kullanarak kaplama işlemini gerçekleştirmek için fiber lazerlerle birlikte yüksek hassasiyetli tel besleme sistemleri kullanır.

Yüksek Hızlı Tel Lazer Kaplamanın Avantajları:

• Çevre DostuGeleneksel toz bazlı lazer kaplama yönteminden farklı olarak, yüksek hızlı tel lazer kaplama Toz, duman veya metal tozu atığı üretmediği için çevre dostudur.
• Yüksek Malzeme KullanımıMetal tel tamamen eritilerek, dökülme veya israf olmadan kaplama tabakasını oluşturur ve %99'a varan malzeme kullanım oranlarına ulaşılır.
• Yüksek Kaplama VerimliliğiTelin önceden ısıtılması sayesinde, malzemenin eritilmesi için gereken enerji ve süre önemli ölçüde azalır; bu da geleneksel toz lazer kaplamaya kıyasla daha yüksek kaplama verimliliği sağlar.
• Düşük Isı Girişi, Minimum DeformasyonBu yöntem daha düşük enerji gerektirir ve daha az ısı girişi sağlayarak iş parçasının deformasyonunu en aza indirir. Bu teknoloji, ince duvarlı veya uzun parçalar gibi hassas bileşenler için idealdir.

Uygulama Alanları: Yüksek hızlı tel lazer kaplama, yüzey koruma, eklemeli yeniden üretim ve uzun miller veya ince cidarlı bileşenler gibi deformasyona yatkın parçaların kaplanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Sonuç

Lazer kaplama teknolojilerinin geleneksel yöntemlerden ultra yüksek hızlı yöntemlere doğru evrimi , endüstriyel üretim yeteneklerini önemli ölçüde geliştirmiştir. Lazer kaplamadaki bu gelişmeler , yüksek malzeme kullanımı, iyileştirilmiş verimlilik ve çevre dostu süreçler sunarak, havacılık, otomotiv ve ağır makineler gibi çeşitli sektörlerdeki uygulamalar için ideal hale gelmektedir.

Lazer kaplama teknolojisi gelişmeye devam ediyor ve ileri imalatın geliştirilmesinde giderek daha önemli bir rol oynayarak önemli ekonomik ve çevresel faydalar sunacak. Teknoloji daha yaygın olarak benimsendikçe, endüstrilerin yüzey işleme ve eklemeli imalata yaklaşım biçiminde devrim yaratacak ve modern imalat ihtiyaçları için güçlü bir araç sağlayacaktır.