Лазерное напыление и лазерное выращивание

Они позволяют не только улучшить характеристики материалов, но и создавать совершенно новые конструкции и изделия. Далее мы расскажем вам о сути технологии её плюсах и минусах, а так же приведем примеры успешных компаний которые успешно применяют данную технологию.

Лазерное напыление

 

Лазерное напыление – это процесс нанесения тонких слоев материала на поверхность изделия с использованием высокоэнергетического лазерного излучения. Этот метод широко используется для восстановления деталей, защиты от износа и коррозии, а также для создания новых функциональных покрытий.

Процесс лазерного напыления основан на том, что металлический подаваемый из специальных порошковых трубок нагреваются до высокой температуры лазерным лучом. Под воздействием тепла порошок сплавляется с предыдущим слоем, образуя прочный наплавленный металл на поверхности изделия. Высокая скорость нагрева и охлаждения позволяет добиться минимального влияния на свойства базового материала. Несмотря на то что наплавленный металл не является цельным литым изделием, его прочностные характеристики зачастую выше чем у основного метала, это связано с тем что во время напыления металл закаливается и спекается.

Лазерное напыление находит широкое применение в различных областях. В авиации и аэрокосмической промышленности этот метод используется для восстановления и усиления деталей двигателей, лопаток турбин, а также для создания теплоизоляционных и защитных покрытий. Например, при ремонте турбин лазерное напыление позволяет восстановить поверхности лопаток, восстанавливая их геометрию и производительность.

Компания General Electric Aviation использует технологию лазерного напыления для ремонта турбинных лопаток авиадвигателей. Вместо замены дорогостоящих деталей, они применяют лазерное напыление, чтобы восстановить поверхности лопаток, снизив затраты на производство новых, при всем этом не теряя в прочности и качестве детали.

Лазерное выращивание

Лазерное выращивание, или аддитивные технологии, представляет собой процесс создания 3D объектов путем последовательного наложения тонких слоев материала. Этот метод отличается от традиционных производственных методов, таких как литье или фрезерование, и предоставляет уникальные возможности для проектирования и изготовления сложных деталей. Несмотря на сходство с технологией лазерного напыления, лазерное выращивание является более технологически сложным процессом, требующий специального оборудования, герметичной камеры, которая заполняется инертным газом и множество других аспектов. Если проводить простую аналогию, то станок лазерного напыления, это как вертикально сверлильный станок, а лазерное выращивание это фрезерный ЧПУ. Если приложить достаточно усилий, можно изготовить сложную деталь и на вертикально-сверлильном станке, но лучше доверить это дело специально предназначенным для этого станкам.

Принцип технологии лазерного выращивания заключается в плавлении мелкие частицы материала (порошок) лазерным лучом на определенных участках. После застывания материала создается тонкий слой, который становится основой для следующего слоя. Таким образом, постепенно строится трехмерная деталь.

У данной технологии есть разновидности: bed deposition и direct deposition

Bed Deposition (осаждение слоев) подразумевает создание ровного слоя из металлического порошка, последующим плавлением лазерным излучением с заданной формой, далее специальный валик распределяет новый слой порошка поверх предыдущего слоя и операция повторяется.

Схема станка лазерного выращивания методом Bed Deposition

Ход создания детали методом Bed Deposition

Direct Deposition (Прямое осаждение) - метод прямого осаждения крайне схож с технологией лазерного напыления. Струя порошка поступает прямо в область работы лазерного излучения. Лазерный луч оплавляет область изделия, формируя локальную ванну с жидким металлом. Часть металлического порошка вдувается в расплав струей инертного транспортирующего газа (обычно высокочистого аргона), а после застывания формируется надежный металлический слой.

Схема станка лазерного выращивания методом Direct Deposition

Применение: Лазерное выращивание находит применение в разных отраслях. В судостроение лазерное выращивание позволяет изготавливать надежные и износостойкие изделий сложной геометрии, таких как гребные винты. В медицине лазерное выращивание используется для создания индивидуальных имплантатов и ортопедических изделий. В авиационной и автомобильной промышленности метод используется для изготовления легких и прочных деталей

Не удивительно, что одна из лидирующих компаний в области аэрокосмического машиностроения SpaceX активно применяет лазерное выращивание для создания двигателей ракет. Они используют эту технологию для изготовления комплексных геометрических структур, которые сложно получить с использованием традиционных методов производства без применения сварки.

Перспективы и недостатки

Оба метода – лазерное напыление и лазерное выращивание обладают рядом преимуществ. Они позволяют улучшить характеристики материалов, повысить износостойкость, усилить детали и создать сложные геометрии. Кроме того, эти методы снижают количество отходов материала и позволяют более эффективно использовать ресурсы.

Перспективы

Лазерного напыления и лазерного выращивания весьма обнадеживающе. С развитием материалов и технологий, возможности этих методов будут только расширяться. Исследования в области новых материалов для лазерного напыления и разработка более точных и быстрых лазерных систем для выращивания открывают новые горизонты для индустрии и мировой промышленности.

Недостатки

Однако существуют и недостатки. Например, контроль качества в процессе лазерного выращивания может быть сложным из-за потенциальных дефектов, таких как трещины, поры или расслоение. Также важно подобрать правильные параметры лазерного излучения, чтобы избежать перегрева или недостаточной связи между слоями. Но эти недостатки незначительны, так как технологии не стоят на месте.

Автор © Страмко Максим Ярославович 19.10.2023