Contenuti
- Cos'è la deposizione laser di metalli?
- Come funziona il processo di deposizione laser del metallo?
- Quali sono i vantaggi della deposizione laser di metalli?
- Qual è il lavoro dei laser a fibra in LMD?
- Quali sono le applicazioni della deposizione laser di metalli?
- Caratteristiche flessibili per componenti in metallo e lega in LMD
- Perché i laser CO2 non vengono utilizzati per LMD?
Cos'è la deposizione laser di metalli?
La deposizione laser del metallo o LMD si riferisce al processo di formazione di un pool di metallo fuso su un substrato metallico con l'aiuto di un laser. Un flusso di gas viene utilizzato per iniettare polvere di metallo nel substrato. Questa polvere metallica assorbita forma un deposito metallico sul substrato del metallo. Questo processo di produzione additiva viene utilizzato per diversi scopi come la riparazione di componenti metallici, stampaggio di utensili in metallo o lega, viti metalliche, valvole, ecc. La deposizione laser di metalli sta diventando una tecnica ampiamente utilizzata nel campo della produzione.
Come funziona il processo di deposizione laser del metallo?
Il processo di deposizione laser del metallo prevede l'uso di ugelli laterali o coassiali per soffiare la polvere nella zona di processo del metallo. Generalmente, la polvere utilizzata per il rivestimento laser è di natura metallica. La polvere interagisce con il raggio laser che preriscalda le particelle ai loro punti di fusione. La polvere fusa forma quindi la pozza di metallo sulla superficie. Questa piscina metallica viene successivamente raffreddata per formare uno strato metallico sulla superficie secondo necessità. A volte il substrato viene spostato per solidificare la deposizione metallica.
Il movimento del substrato è controllato utilizzando il sistema CAD o Computer-aided Design. Viene utilizzato per impiantare materiali solidi in un modello di tracce. Il modello desiderato si ottiene al termine della traiettoria. In alcuni modelli, il laser o il sistema di ugelli è mobile e si sposta su un substrato fisso per produrre tracce solidificate. Più strati vengono sovrapposti in modo da formare un componente tridimensionale. La precisione geometrica è elevata per questo processo.
Quali sono i vantaggi della deposizione laser di metalli?
Il processo di deposizione laser del metallo ha guadagnato più popolarità negli ultimi anni rispetto a processi come la spruzzatura termica e la saldatura ad arco di gas metallico perché:
- Questo processo è un metodo adatto per oggetti di qualsiasi forma e struttura.
- Questo processo crea meno distorsioni dalla traiettoria richiesta.
- Questo processo non dissipa molto calore riducendo il danno termico nei materiali.
- Questo processo viene utilizzato per ottenere una bassa diluizione tra il substrato e le piste e contemporaneamente stabilire un forte legame metallurgico.
- Questo processo ha un'elevata velocità di raffreddamento che produce microstrutture fini.
- Questo processo consente un grande controllo sull'alimentazione del laser e sulla traiettoria del laser.
- La struttura formata da questo processo è priva di crepe e porosità.
- Questo processo utilizza una tecnologia compatta.
- Questo processo è appropriato per l'applicazione del materiale graduato.
- Questo processo è adatto per la produzione di forme quasi nette.
- Per la riparazione di parti, questo processo prevede disposizioni particolari.
Qual è il ruolo dei laser a fibra in LMD?
I laser a fibra, noti anche come laser a fibra ottica, si basano sul principio della riflessione interna totale (TIR). Utilizza il fenomeno TIR nelle fibre ottiche per la trasmissione della luce. Questi laser sono in grado di trasmettere la luce su grandi distanze e aiutano anche a ridurre la distorsione del raggio laser causata dagli effetti termici. I laser basati su fibra ottica sono in grado di fornire una potenza di uscita maggiore rispetto alle altre diverse varianti di laser. Questi laser devono avere un elevato rapporto tra superficie e volume per fornire una potenza di uscita continua della gamma di kilowatt con un raffreddamento efficace. La guida d'onda in fibra ottica viene utilizzata per ridurre la distorsione del percorso ottico causata da problemi termici. Questi laser sono molto più controllabili, affidabili e coerenti rispetto ad altri tipi di laser (laser ad anidride carbonica o laser Nd: YAG).
Quali sono le applicazioni della deposizione laser di metalli?
La deposizione laser del metallo o LMD viene utilizzata per una serie di operazioni di produzione industriale. Il processo ha guadagnato più popolarità negli ultimi anni rispetto a processi come spruzzatura termica ed saldatura ad arco di gas metallico. Alcune delle applicazioni più diffuse della deposizione laser di metalli:
- Viene utilizzato per la riparazione di utensili sinterizzati.
- Viene utilizzato per la riparazione di componenti aerospaziali e automobilistiche.
- Viene utilizzato per la riparazione delle pale delle turbine.
- Viene utilizzato per il rivestimento superficiale di strumenti di trivellazione petrolifera.
- Viene utilizzato per la produzione e la riparazione di impianti medici.
- Viene utilizzato per la prototipazione rapida.
- Viene utilizzato per la fabbricazione di compositi a matrice metallica.
- Viene utilizzato per la produzione di superfici autolubrificanti.
- Viene utilizzato per la riparazione di utensili corrosi.
Caratteristiche flessibili per componenti in metallo e lega in LMD
Il processo di deposizione laser del metallo o LMD consente di controllare preventivamente la potenza applicata. La polvere metallica viene iniettata in base alla potenza specificata. Viene utilizzato per la produzione di leghe personalizzate. La corretta composizione del materiale può essere difficile. Se la composizione non è accurata, potrebbe essere difficile ottenere la lega richiesta. Alcune leghe comuni prodotte attraverso questo processo sono ferro-tantalio, ferro rame e titanio-tantalio.
Perché i laser CO2 non vengono utilizzati per LMD?
Inizialmente, quando è stato introdotto per la prima volta il processo di deposizione laser del metallo, CO2 i laser erano ampiamente utilizzati. I laser ad anidride carbonica possono produrre un fascio continuo di luce IR ad altissima potenza con bande di lunghezza d'onda principali comprese tra 9.6 e 10.6 micrometri. Tuttavia, con lo sviluppo dei laser a fibra, l'uso della CO2 laser è stato ridotto. Questi laser erano relativamente più costosi e non consentivano un flusso controllato di potenza laser.
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Per saperne di più, leggi Rivestimento laser.
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Sono uno studente desideroso, attualmente investito nel campo dell'ottica applicata e della fotonica. Sono anche membro attivo della SPIE (Società internazionale per l'ottica e la fotonica) e dell'OSI (Optical Society of India). I miei articoli hanno lo scopo di portare alla luce argomenti di ricerca scientifica di qualità in modo semplice ma informativo. La scienza si è evoluta da tempo immemorabile. Quindi, faccio del mio meglio per attingere all'evoluzione e presentarla ai lettori.
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