اگر تا به حال فکر کرده اید، "صبر کنید، دستگاه های روکش لیزری - آنها فقط برای فلز هستند، درست است؟" تو تنها نیستی من همیشه این سوال را دارم که تامین کننده دستگاه های روکش لیزری هستم و صادقانه بگویم؟ من هم سال‌ها پیش با این فکر کنار می‌رفتم. اما نکته اینجاست: اصلاح سطح برای مواد غیر فلزی جایی است که این فناوری بی سر و صدا در حال انفجار است، و دیگر فقط برای خطوط لوله صنعتی یا قطعات معدن سنگین نیست. امروز، می‌خواهم آنچه را که ممکن است، مشکلاتی که باید به آنها توجه کرد و اینکه چرا برنامه‌های کاربردی غیرفلزی در واقع برخی از هیجان‌انگیزترین کاربردها برای سیستم‌هایی مانند سیستم پوشش لیزری ما هستند را بیان کنم.
اول، بیایید این را در اصول پایه گذاری کنیم، زیرا وقتی اکثر مردم "روکش لیزری" را می شنوند، پودرهای فلزی ذوب شده را برای جلوگیری از خوردگی یا سایش تصویر می کنند که به فولاد یا آلومینیوم ذوب شده اند. مواد غیر فلزی - سرامیک ها، پلیمرها، حتی برخی از کامپوزیت ها - خواص حرارتی کاملاً متفاوتی دارند. به عنوان مثال، پلیمرها در دماهای بسیار پایین (مانند 100 تا 300 درجه سانتیگراد) ذوب می شوند، سرامیک ها اگر خیلی سریع گرم شوند شکننده و مستعد ترک هستند و کامپوزیت ها می توانند دارای الیاف مخلوطی باشند که واکنش عجیبی به گرما نشان می دهند. بنابراین نکته کلیدی در اینجا فقط انفجار حرارت در یک قطعه نیست - کنترل دقیق است، که دقیقا همان چیزی است که روکش لیزری به ارمغان می آورد، نه فقط سایر روش های تصفیه سطح.
بیایید با بزرگ شروع کنیم: سرامیک. همه از سرامیک ها برای چیزهایی مانند ابزارهای برش، اجزای هوافضا یا حتی ایمپلنت های پزشکی استفاده می کنند، زیرا آنها سخت و مقاوم در برابر حرارت هستند. اما بزرگترین عیب آنها شکنندگی است – ابزار برش سرامیکی را تراشه کنید و کار تمام شد، یا روی پوشش سرامیکی کاشت لگن را خراش دهید و این یک مشکل بزرگ است. روکش لیزری می تواند آن را برطرف کند. صبر کنید، نه، اجازه دهید آن را در اینجا "اصلاح سطح" بنامیم، نه اینکه کل قسمت را روکش کنیم. ما یک لایه ضخیم از مواد دیگر اضافه نمی کنیم. ما 10 تا 50 میکرون بالا را تغییر می دهیم تا بدون آسیب رساندن به هسته سرامیک، آن را سخت تر کنیم. چگونه؟ ما لیزر را به‌جای اجرای مداوم پالس می‌کنیم—بنابراین سطح را فوق‌العاده سریع (میکروثانیه‌ها) گرم می‌کند و سپس به همان سرعت سرد می‌شود زیرا سرامیک حجیم مانند یک هیت سینک عمل می‌کند. سال گذشته، ما با یک آزمایشگاه دندانپزشکی کار کردیم که از ماشین رسوب مستقیم انرژی ما برای انجام این کار روی ایمپلنت های زیرکونیا استفاده کرد. آنها سطح سرامیک را اصلاح کردند تا کمی شکننده باشد، بنابراین وقتی به فک وصل می شود ترک نخورد و همچنان آن چیزی که بیماران لهستانی زیست سازگار دوست دارند را حفظ کرد. قبل از آن، آنها سطح را آسیاب می‌کردند، که فقط آنها را تا این حد دور می‌کرد - روکش لیزری این کنترل دقیق را به آنها داد.
سپس پلیمرها هستند. می‌دانم که پلیمرها و لیزرها مانند یک خطر آتش‌سوزی به نظر می‌رسند، اما پلیمرهای اصلاح‌شده اکنون در همه جا وجود دارند - قطعات خودرو، قاب گوشی، حتی بسته‌بندی‌هایی که باکتری‌ها را دفع می‌کنند. ترفند در اینجا استفاده از یک لیزر کم مصرف است، بسیار کمتر از آنچه ما روی فلزات استفاده می کنیم، و کار با ترموپلاستیک های مهندسی مانند PEEK یا ABS، که بهتر از پلاستیک معمولی مقاومت می کنند. یک مشتری در بخش خودرو از ماشین DMD ما برای اصلاح پلاستیک داخلی داشبورد خودروهای الکتریکی استفاده کرد. پلاستیک اصلی خیلی صاف بود، بنابراین به راحتی خراشیده می شد و در نور خورشید خیره می شد. ما یک لیزر کم انرژی را روی سطح اجرا کردیم، نه اینکه آن را تا آخر ذوب کنیم، فقط لایه بالایی را به صورت میکروسکوپی زبر کردیم و الگوهای ریز و دقیقی به آن اضافه کردیم. انعطاف پذیری یا وزن پلاستیک را تغییر نداد، اما سطح را در برابر خش مقاوم کرد و تابش خیره کننده را تا 60٪ کاهش داد. این اصلاح سطح است، نه پوشاندن یک قسمت کامل - و بسیار سازگارتر از سندبلاست است، که اغلب لکه‌های ناهموار یا شن ایجاد می‌کند.
اما صبر کنید، یک مشکل وجود دارد. همه غیر فلزی ها با روکش لیزری خوب بازی نمی کنند. پلیمرهای نرم مانند پی وی سی؟ آنها هنگام گرم شدن دود سمی آزاد می کنند، بنابراین شما باید یک محفظه مهر و موم شده و استخراج بخار داشته باشید. سرامیک با تخلخل بالا؟ گرمای لیزر می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های کوچکی شود که در عمق قطعه پخش می‌شوند، بنابراین باید آزمایش‌های اولیه را برای تنظیم فرکانس پالس انجام دهید. و کامپوزیت ها - مانند پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) - مشکل هستند زیرا الیاف کربن گرما را متفاوت از ماتریس پلیمری هدایت می کنند. اگر سرعت و قدرت لیزر را کنترل نکنید، ماتریس را می سوزانید یا الیاف را می شکنید که کل قسمت را ضعیف می کند. ما اخیراً به یک تأمین‌کننده هوافضا کمک کردیم تا این موضوع را آزمایش کند: آنها می‌خواستند سطح پانل‌های ماهواره‌ای CFRP را به گونه‌ای اصلاح کنند که در برابر خش مقاوم‌تر برای فضا باشد، و ما باید سیستم پوشش لیزری خود را طوری تنظیم می‌کردیم که با سرعت 50 درصد کمتر از فلزات، با 70 درصد توان کمتر، کار کند. سه دور آزمایش طول کشید، اما ما آن را بدون آسیب رساندن به الیاف کار کردیم.
یکی دیگر از زمینه هایی که به اندازه کافی در مورد آن نمی شنوم شیشه است. صبر کنید، شیشه غیرفلزی است، درست است؟ و برای همه چیز از صفحه نمایش گوشی گرفته تا پنل های خورشیدی استفاده می شود. خراش روی شیشه یک کابوس است - نمایشگرها را خراب می کند یا کارایی سلول های خورشیدی را کاهش می دهد. روکش لیزری می تواند سطوح شیشه ای را به گونه ای تغییر دهد که بدون تبدیل آن به پلاستیک مقاوم در برابر خش باشد. یک سازنده تجهیزات خورشیدی سال گذشته با ما کار کرد: آنها از دستگاه DED ما برای اعمال یک لایه بسیار نازک از نیترید سیلیکون (نه فلز) روی سطح شیشه پنل خورشیدی استفاده کردند، با استفاده از یک لیزر کم مصرف که فقط لایه بالایی شیشه و نیترید سیلیکون را با هم ذوب می کند. نتیجه؟ شیشه 3 برابر در برابر خراش مقاوم‌تر بود و لایه نیترید سیلیکون به اندازه‌ای نازک بود که جلوی تابش نور خورشید را نمی‌گرفت - راندمان ثابت ماند که این پیروزی بزرگ بود. قبل از آن، آنها از پوشش های شیمیایی استفاده می کردند که پس از یک سال از بین می رفت. این سطح اصلاح شده با لیزر 25 سال گارانتی کامل پانل ها را دوام می آورد.
بیایید در مورد اینکه چرا این برای تجارت من نیز اهمیت دارد صحبت کنیم. زمانی که من برای اولین بار شروع به فروش ماشین‌های روکش لیزری کردم، همه مشتریان من شرکت‌های معدنی بودند (اگر می‌خواهید ماشین‌های روکش لیزری معدن ما را بررسی کنید) یا مغازه‌های خودرویی که قطعات فلزی را انجام می‌دادند. حالا؟ نیمی از سوالات من مربوط به بخش های غیر فلزی است - دندانپزشکی، هوافضا، فضای داخلی خودرو، حتی بسته بندی مواد غذایی (کسی می خواست بسته بندی پلاستیکی را برای مقاومت در برابر باکتری ها برای کیت های غذا تغییر دهد). این یک مد نیست. مهندسان بیشتری متوجه شده‌اند که درمان‌های سطحی سنتی برای غیر فلزات - مانند سندبلاست، حکاکی شیمیایی یا اسپری پلاسما - دارای جنبه‌های منفی است. سندبلاست کثیف است، اچ شیمیایی سمی است، اسپری پلاسما نمی تواند الگوهای دقیق و دقیقی داشته باشد. روکش لیزری؟ تمیز، دقیق، قابل تکرار است و می‌توانید دقیقاً میزان عمق تغییرات را کنترل کنید. بدون حدس و گمان
اما بحث واقعی اینجاست: این یک اندازه برای همه نیست. اگر کسی به من مراجعه کند که بخواهد سطح یک اسباب بازی پلاستیکی ارزان قیمت را اصلاح کند تا در برابر خش مقاوم باشد، احتمالاً به او خواهم گفت که روکش لیزری ارزش هزینه را ندارد. این دستگاه یک سرمایه گذاری است که معمولاً بسته به تنظیمات از 50 تا 200 هزار دلار شروع می شود (مانند ماشین رسوب مستقیم انرژی ما دارای نازل های اضافی برای مواد مختلف است). اما اگر قطعات با ارزش بالا باشد - مانند ایمپلنت های پزشکی، قطعات هوافضا، یا پانل های خورشیدی که دوام آن مهم است و خراش ممکن است هزاران هزینه تعمیر یا تعویض داشته باشد - ارزش هر پنی را دارد. ما همیشه قبل از خرید، ابتدا یک نمونه آزمایشی رایگان با قطعه نمونه مشتری انجام می دهیم تا مطمئن شویم تنظیمات لیزر کار می کنند و اصلاح واقعاً سطح را بدون آسیب رساندن به قطعه بهبود می بخشد.
من مشتریانی داشته ام که برای چیزهای دیگر به من مراجعه کرده اند. یک آزمایشگاه دندانپزشکی که کاشت زیرکونیا را انجام داد، بعداً از ما پرسید که آیا می‌توانیم از دستگاه DMD خود برای اضافه کردن علامت‌های ریز و دقیق به ایمپلنت‌ها برای ردیابی استفاده کنیم - کوچک، اما این یکی دیگر از کاربردهای اصلاح سطح است که در ابتدا حتی فکرش را هم نمی‌کردند درباره آن بپرسند. یک شرکت خودروسازی دیگر از داشبوردهای اصلاح‌شده لیزری استفاده کرد، سپس با ما تماس گرفت تا مشکل خراش روی درب‌های فلزی آنها را نیز برطرف کنیم. این نکته عالی در مورد روکش لیزری است - همه کاره است، بنابراین هنگامی که مشتری آن را دریافت می کند، کاربردهای بیشتری برای آن در کل تجارت خود پیدا می کند.
اکنون، من می دانم که برخی از شما هنوز آنجا نشسته اید و فکر می کنید، "صبر کنید، آیا می توانم واقعاً از این روی قطعات غیر فلزی خود استفاده کنم؟" بیایید آن را به سادگی تجزیه کنیم: اگر قطعه شما با ارزش است، نیاز به اصلاحات دقیق سطح (مقاومت در برابر خراش، کاهش شکنندگی، ضد تابش) دارد، و شما می توانید هزینه های راه اندازی را تحمل کنید، بله. اما شما باید ماشین مناسبی را برای این کار انتخاب کنید. سیستم روکش لیزری ما برای اصلاح سطح پایه در قسمت های مسطح مانند پانل های شیشه ای یا پلاستیکی عالی است. ماشین رسوب مستقیم انرژی برای اشکال پیچیده تر مانند قطعات سرامیکی منحنی یا اجزای نامنظم CFRP بهتر است. دستگاه DMD برای لایه‌های بسیار نازک و دقیق مانند نیترید سیلیکون روی شیشه خورشیدی مناسب است. دستگاه روکش لیزری معدن؟ این برای قطعات استخراج فلز است، اما اگر زمانی نیاز دارید که از فلز فراتر بروید، ما بقیه را داریم.
بزرگترین اشتباهی که می بینم مشتریان جدید مرتکب می شوند این است که سعی می کنند از تنظیمات مشابهی که برای فلزات روی غیر فلزات استفاده می کنند استفاده کنند. بالا بردن توان بیش از حد، استفاده از لیزر پیوسته، بدون در نظر گرفتن رسانایی حرارتی - همه اینها قسمت آنها را خراب می کند، به همین دلیل است که ما دست آنها را در هر مرحله نگه می داریم. ما فقط یک ماشین نمی فروشیم و شما را روح می کنیم. ما به شما کمک می کنیم نمونه ها را آزمایش کنید، تنظیمات را تنظیم کنید، و تیم خود را برای استفاده درست از آن آموزش دهید. این تفاوت بین یک تامین کننده و کسی است که فقط یک دستگاه را جعبه می کند و آن را ارسال می کند.
در پایان روز، اصلاح سطح برای غیر فلزات با روکش لیزری هنوز فضای رو به رشدی است، اما این فناوری آینده نیست - در حال حاضر اینجاست، و نحوه ساخت قطعاتی را تغییر می‌دهد که طول عمر بیشتری داشته باشند، بهتر کار کنند و کارهای بیشتری انجام دهند. اگر در بخشی هستید که با قطعات غیرفلزی با ارزش کار می‌کند و با مشکلات سطحی مواجه بوده‌اید که روش‌های سنتی قادر به رفع آن نیستند، روکش لیزری را حذف نکنید. ما می‌توانیم کارهایی را که ماشین‌های ما (مانند ماشین‌های مرتبط در بالا) می‌توانند برای قطعات خاص شما انجام دهند، بررسی کنیم و نمونه‌ای را برای شما آزمایش کنیم تا نتایج واقعی را نشان دهیم.
اگر می‌خواهید بررسی کنید که سیستم‌های ما چه کاری می‌توانند برای نیازهای اصلاح سطح غیرفلزی شما انجام دهند، با تیم ما تماس بگیرید تا گفتگو را شروع کرده و ارزیابی سفارشی پروژه خود را دریافت کنید.
مراجع
- "تغییر سطح لیزری سرامیک ها: مروری بر پیشرفت های اخیر." مجله کاربردهای لیزر، جلد. 32، شماره 2، 2020، ص. 022001.
- رسوب مستقیم انرژی: فناوری تولید افزودنی همه کاره کتابچه راهنمای ساخت افزودنی، چاپ CRC، 2021، صفحات 417-452.
- "اصلاح سطحی پلیمرها از طریق تابش لیزر پالسی برای بهبود خواص مکانیکی و نوری." مهندسی و علوم پلیمر، جلد. 59، شماره 8، 2019، صفحات 1567-1575.
- "پیشرفت در پوشش لیزری برای زیرلایه های غیر فلزی: چالش ها و فرصت ها." International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 112، شماره 9-10، 2021، صفحات 2689-2705.
- "افزایش مقاومت در برابر خراش شیشه از طریق پوشش نیترید سیلیکون القا شده با لیزر برای کاربردهای خورشیدی." مواد انرژی خورشیدی و سلول های خورشیدی، جلد. 211، 2020، ص. 110557.