Оборудование для лазерной наплавки

Лазерная наплавка – это инновационный производственный процесс, позволяющий наносить защитные или функциональные покрытия на основу с высокой точностью. В отличие от традиционных методов, эта технология использует сфокусированный лазерный луч для контроля нагрева, что минимизирует деформации и обеспечивает прочное металлургическое соединение. В качестве материала для наплавки могут использоваться различные металлы, сплавы, керамика и композиты, что позволяет создавать покрытия с заданными свойствами, такими как повышенная износостойкость или защита от коррозии.

В основе лазерной наплавки лежит контролируемое нанесение материала, обычно в виде металлического порошка или проволоки, на подложку с использованием сфокусированного лазерного луча. Лазер одновременно плавит наносимый материал и тонкий слой подложки, создавая прочную металлургическую связь. Эта технология позволяет с высокой точностью управлять толщиной, составом и характеристиками поверхности создаваемого покрытия.

Лазерная наплавка применяется для восстановления изношенных или поврежденных деталей, а также для создания защитных покрытий, улучшающих их эксплуатационные характеристики и продлевающих срок службы. Технология обеспечивает прецизионный контроль над процессом нанесения материала и качеством соединения.



Лазерная наплавка является ключевой технологией благодаря своей способности точно восстанавливать, улучшать и защищать поверхности. В отличие от традиционных методов, она характеризуется минимальной зоной термического влияния, экономичным расходом материала и широкой совместимостью с различными материалами. Эта точность и адаптивность делают лазерную наплавку незаменимым процессом в производстве и ремонте.

Лазерная наплавка начинается с подготовки подложки: очистки и придания ей необходимой шероховатости для хорошей адгезии. Для улучшения сцепления с наплавляемым материалом подложка часто предварительно нагревается.

Лазерная наплавка применяется для:

•  Восстановления геометрии и функциональности изношенных или поврежденных деталей;
•  Нанесения износостойких и коррозионностойких покрытий для повышения срока службы;
•  Создания теплобарьерных покрытий, обеспечивающих защиту в высокотемпературных средах;
•  Модификации поверхностных свойств, таких как твердость и коэффициент трения;
•  Создания деталей с заданными свойствами в гибридных производственных процессах;
•  Использования в аддитивном производстве, в частности, в процессах направленного энергетического осаждения (DED).

Типы лазерной наплавки

Существует несколько основных типов лазерной наплавки, различающихся способом подачи материала:

1. Порошковая лазерная наплавка: В этом методе металлический порошок подается в зону воздействия лазерного луча, где он расплавляется и наносится на подложку. Порошковая лазерная наплавка используется для нанесения покрытий, ремонта деталей и прототипирования. Это один из методов аддитивного производства;
2. Лазерная наплавка с проволочной подачей: В качестве расходного материала используется металлическая проволока, которая расплавляется лазером и наносится на подложку. Этот метод отличается высокой эффективностью использования материала и меньшим количеством отходов по сравнению с порошковой наплавкой. Применяется для ремонта поверхностей и нанесения покрытий, однако менее подходит для деталей сложной геометрии, чем порошковая наплавка;
3. Лазерная наплавка методом прямого энергетического осаждения (DED): Прямое энергетическое осаждение (DED) – это общее название для аддитивных технологий, к которым относится и лазерная наплавка. Материал (порошок или проволока) подается непосредственно в область плавления, создаваемую лазерным лучом на подложке. Этот метод используется для ремонта деталей, добавления элементов и изготовления деталей с формой, близкой к конечной. В отличие от наплавки порошкового слоя, DED позволяет добавлять материал непосредственно к существующим компонентам.

Типы лазеров, используемых для лазерной наплавки

Для лазерной наплавки обычно используются мощные твердотельные лазеры

Основные типы:

1.  Волоконные лазеры: Эти лазеры генерируют луч с помощью оптических волокон и отличаются высокой эффективностью и надежностью;
2.  Диодные лазеры: Диодные лазеры излучают лазерный луч с помощью полупроводниковых диодов, обеспечивая точное управление процессом;
3.  CO₂-лазеры: Лазеры на углекислом газе (CO₂) генерируют лазерный луч, используя газовую смесь. Хотя они реже используются для лазерной наплавки из-за большей длины волны и худшего поглощения металлами, в некоторых случаях могут быть пригодны для обработки больших площадей;
4.  Лазеры Nd:YAG: Лазеры на иттрий-алюминиевом гранате, легированном неодимом (Nd:YAG), используют твердотельный кристалл для генерации луча в ближнем инфракрасном диапазоне. Они обладают универсальностью, однако во многих применениях в области наплавки их всё чаще заменяют волоконными лазерами, предлагающими лучшее качество луча и большую эффективность

Преимущества лазерной наплавки

Лазерная наплавка обладает следующими ключевыми преимуществами

• Высокая точность и контроль: Обеспечивает прецизионное нанесение материалов с возможностью управления составом и микроструктурой наплавленного слоя;
•  Улучшенные свойства поверхности: Позволяет создавать покрытия с повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью и улучшенными тепловыми характеристиками;
•  Экономичность: Минимизирует отходы материала, что ведет к снижению затрат.

Недостатки лазерной наплавки

•  Высокие начальные инвестиции: Требует значительных капиталовложений в оборудование;
•  Относительно низкая скорость наплавки: Скорость осаждения материала может быть ниже, чем у других технологий;
•  Риск термических напряжений и деформаций: Процесс может вызывать напряжения и деформации в подложке из-за нагрева;
•  Ограничения по совместимости материалов: Не все материалы подходят для лазерной наплавки, особенно те, которые имеют сильно различающиеся температуры плавления или плохие характеристики смачивания;
•  Сложность настройки параметров: Для достижения оптимальных результатов требуется тщательная настройка и оптимизация параметров процесса.