Tehnologii de prelucrare a pieselor de automobile cu laser

Lucrare de laborator 1

Un laser este un dispozitiv care emite lumin printr-un proces de amplificare optic bazat pe emisia stimulat a radiaiei electromagnetice .Termenul "laser" a aparut ca un acronim pentru "light amplification by stimulated emission of radiation (amplificarea luminii prin emisie stimulat de radiaie)". Laserele difer de alte surse de lumin , deoarece acestea emit lumin n mod coerent . Coerena spaial permite unui laser sa fie concentrat ntr-un loc strmt ,permind utilizarea laserului in aplicaii cum ar fi tierea cu laser i litografie . Coerena spaial , de asemenea, permite unui fascicul laser s rmn ngust pe distane lungi ( colimare ) , ceea ce permite aplicaii cum ar fi indicii cu laser . Lasere pot avea , de asemenea, coeren temporal mare, care le permite s aib un spectru foarte ngust , de exemplu , ele emit doar o singur culoare de lumin . Coeren temporal poate fi folosit pentru a produce impulsuri de lumin (durata poate fi chiar i de o femtosecund) .

Laserele au multe aplicaii importante . Ele sunt folosite n dispozitive comune, de consum , cum ar fi DVD playere , imprimante laser , scanere de coduri de bare etc. Ele sunt folosite in medicin pentru chirurgie cu laser i diverse tratamente ale pielii , i n industrie pentru tiere i sudare . Ele sunt folosite n dispozitivele de aplicare a legii militare i pentru marcarea obiectivelor i domeniul de msurare i de vitez . Afieaz de iluminat cu laser utilizeaz lumina laser ca un mediu de divertisment . Lasere au , de asemenea, multe aplicaii importante n cercetarea tiinific .

Un laser este construit din trei pri principale:

-O surs de energie (de obicei, denumit pompa sau sursa de pomp),

-Un mediu activ sau mediu laser-Dou sau mai multe oglinzi care formeaz un rezonator optic.

Sursa de energie

Sursa de energie este partea care furnizeaz energie al sistemului cu laser. Exemple de surse de energie includ descrcri electrice, flashlamps, lmpi cu arc, lumina de la un alt laser, reacii chimice i chiar dispozitive explozive.Tipul sursei de energie utilizate n principal depinde de mediul activ, iar acest lucru determin, de asemenea, modul n care energia este transmis mediului. Un laser heliu-neon (HeNe) utilizeaz o descrcare electric n amestecul de gaze heliu-neon, un laser Nd: YAG utilizeaz fie lumina concentrat de la o flash-lamp cu xenon sau diode laser, i lasere excimer folosesc o reacie chimic.Mediul activ

Mediul activ este principalul factor determinant al lungimii de und de operare , i alte proprieti , a laserului .Mediile active din diferite materiale au spectre liniare sau spectre largi . Mediile active cu spectre largi permit reglarea fin a frecvenei laserului . Exist sute, dac nu mii de diferite medii active n care laserul a fost realizat . Mediul activ este excitat de sursa de energie pentru a produce o inversie a populaiei , i n mediul activ n care emisia spontan i stimulat de fotoni are loc , ceea ce duce la fenomenul de amplificare .

Exemple de diferite medii de amplificare includ :

Lichide , cum ar fi lasere colorate. Acestea sunt , de obicei, solveni chimici organici , cum ar fi metanolul , etanolul sau etilen glicol , la care se adaug colorani chimici , cum ar fi cumarin , rodamina , i fluorescein . Configuraia chimic exact a moleculelor de colorare determina lungimea de unda de funcionare a laserului colorate.

Gaze , cum ar fi dioxidul de carbon , argon , kripton i amestecuri cum ar fi heliu - neon . Aceste lasere sunt adesea alimentate de descrcare electric .

Solide , cum ar fi cristale i sticla . Materialele solide gazd sunt ,de obicei, dopate cu o impuritate cum ar fi ionii de crom , neodim , erbiu sau titan . Gazde tipice includ YAG ( granat de ytriu-aluminiu ) , YLF ( ytriu fluorura de litiu ) , safir ( oxid de aluminiu ) i diverse ochelari . Exemple de laser cu mediu activ solid includ Nd : YAG , Ti : safir , Cr : safir ( de obicei cunoscut sub numele de rubin ) , Cr : LiSAF ( crom dopat cu litiu stroniu fluorur de aluminiu ) , Er : YLF , Nd : sticla , si Er : sticl . Laserele cu mediu activ solid sunt , de obicei, alimentate de lmpi flash sau lumina de la un alt laser.

Semiconductori , un tip de solide , cristal cu distribuie uniform de dopant sau material cu diferite niveluri de dopant n care micarea electronilor poate provoca aciune tip laser. Lasere semiconductoare sunt de obicei foarte mici , i pot fi alimentate cu un curent electric simplu , care s le permit s fie utilizate n dispozitive de consum , cum ar fi playere de discuri compact .

Rezonatorul opticRezonatorul optic , sau cavitatea optic , n forma sa cea mai simpl este format din dou oglinzi paralele dispuse in jurul mediului activ care furnizeaz un feedback al luminii . Oglinzile au inveliuri optice care determin proprietile lor reflectorizante . De obicei una va fi de reflexie ridicat , iar ceallalt va fi de reflexie parial . Acesta din urm este numit cuplaj de ieire , deoarece permite unei pari din lumin s ias din cavitate pentru a produce fasciculul de ieire a laserului .

Lumina din mediu , produs de emisie spontan , este reflectat de oglinzi napoi n mediu , n care acesta poate fi amplificat prin emisiune stimulat . Lumina poate fi reflectat de oglinzi i trece astfel prin mediul activ de multe sute de ori nainte de a iei din cavitate . n lasere mai complexe , se folosesc configuraii cu patru sau mai multe oglinzi care formeaz cavitatea . Proiectarea i alinierea oglinzile n raport cu mediul este esenial pentru a determina lungimea de und de funcionare exact i alte atribute ale sistemului cu laser .

Alte dispozitive optice , cum ar fi oglinzile de filare , modulatori , filtre i absorbani , pot fi plasate n interiorul rezonatorului optic pentru a produce o varietate de efecte asupra produciei laserului , cum ar fi alterarea lungimea de und de funcionare sau producerea de impulsuri de lumin laser .

Unele lasere nu folosesc o cavitate optic , dar n loc se bazeaz pe amplificare optic foarte mare pentru a produce emisie spontan amplificat semnificativ ( ASE ), fr a avea nevoie de feedback-ul de lumina napoi n mediul activ . Astfel de lasere se spune c sunt superluminescente , i emit lumin cu coeren sczut , dar lime mare de band . Deoarece ele nu folosesc feedback-ul optic , aceste dispozitive nu sunt de multe ori clasificate ca lasere .

Productori de lasere pentru industria de automobile

EOS GmbH Electro Optical Systems

Aceast companie a fost fondat de ctre Dr. Hans J. Langer i Dr. Hans Steinbichler.

Fabricarea aditivat bazat pe tehnologia de sinterizare cu laser ofer productorilor de automobile cu baza low-cost de prototipare rapida i producia de serie individualizate de componente high-end.

Eficiena energetic durabil, reducerea emisiilor de CO2, presiunea costurilor n curs de desfurare i cererea continu pentru inovare - productorii de automobile se confrunt cu provocri majore. De asemenea, exist o nevoie tot mai mare de soluii specifice clientului. Cu toate acestea, problema cu producia de serii mici i cererea tot mai mare de personalizare este faptul c procesele tradiionale de producie pe baz de instrument de multe ori nu poate fi aplicat n mod profitabil.

Tehnologia EOS de sinterizare cu laser inovatoare,fr instrumente, ofer o nou abordare pentru provocrile actuale cu care se confrunt industria de automobile. Acesta ofer libertate maxim n acelai timp permind crearea de componente complexe dar uoare, cu un nivel ridicat de rigiditate. Sinterizarea cu laser permite fabricarea aditivat a componentelor cu funcionalitate integrat - fr a fi necesare diferite unelte astfel reducnd costurile de dezvoltare i de producie. Mai mult, furnizorii pot rspunde la cerinele clienilor prin oferirea de produciei de serie individualizat de piese.

Prototiparea rapida bazat pe fabricare aditivat nseamn, de asemenea, productorii de automobile pot crete eficiena proceselor lor de cercetare i dezvoltare, permindu-le introducerea mai rapid a produselor lor pe pia ma. Accentul se pune aici nu este doar pe partea precizie geometric: EOS ii extinde continuu gama de materiale noi, n scopul de a se asigura c piesele sunt reproductibile funcional, de asemenea, i poate fi instalat direct n vehicule de producie de serie.

Miyachi America Corporation

Miyachi Americii Corporation este lider de piata in dezvoltarea, producerea si service de produse si sisteme pentru sudarea prin rezisten, sudura cu laser, de marcare cu laser, tiere cu laser, sigilare ermetic i reflow de lipit cu bar fierbinte. Compania ofer echipament pentru o gam larg de piee, inclusiv, dispozitivr medicale, industria auto, industria aerospaial, de aprare i solare, precum i bateria, vehicul electric, electronice i pieele industriale generale.

Aplicaiile auto necesit tehnologiile de sudura de la sudura prin rezisten la sudura cu laser, precum i de marcare cu laser si gravura. Produsele Miyachi America asigur stabilitatea procesului de feedback-ul de putere i opiuni de monitorizare, precum i fiabilitate dovedit industrial.

Urmrirea componentelor a devenit o realitate a produciei moderne. Miyachi America ofera o gama de marcare cu laser i de produse de gravura pentru marcarea cu text, grafica, coduri de bare i coduri de matrice de date a componentelor

Sudarea cu laser, marcarea cu laser si gravura, sudarea prin rezisten, i tehnologii de reflow de lipit cu bar cald sunt utilizate ntr-o gam larg de aplicaii auto, inclusiv senzori, switch-uri, electronice de bord, componente de iluminat etc. FANUC America CorporationTimp de decenii, FANUC America a fost liderul de pia i furnizorul cel mai de ncredere de roboti industriali pentru industria de automobile. Ei o gam complet de soluii pentru industria de automobile, inclusiv roboi pentru: asamblare auto,vopsitorie auto,maini unelte, sudare, tiere , debavurare i lefuire.

Universal Laser SystemsUniversal Laser Systems este un inovator n domeniul de gravare cu laser, tiere cu laser si echipamente de marcare cu laser. Sistemele de prelucrare a materialelor cu laser care le fabric sunt produsul a zeci de ani de experien i un angajament pentru cercetare i dezvoltare. Sistemele cu laser se ridic la standardele unio produs de nalt calitate, inclusiv precizie excelent, performan si fiabilitate, dar ele ofer, de asemenea, mai multe caracteristici exclusive. Aceste inovaii de prelucrare cu laser patentate si dovedite au fost concepute pentru a face prelucrarile cu laser mult mai eficiente, productive i profitabile. ROFIN-LASAG Lasers

ROFIN-LASAG Lasers esteun productor de lasere de precizie pulsate Nd: YAG cu aplicaii n tiere, de gurire i de sudare includ discuri de frn, schimbtoare de cldur, baterii, conectori, sisteme de iluminat, biele, garnituri, pistoane / segmenti, trenuri supap, periaje / rulmeni i izvoare din aluminiu, ceramic , metale feroase, metale pulbere, oel i materiale din oel inoxidabil. Facilitile includ un laborator de la faa locului pentru testarea de fezabilitate.Prelucrari tehnologice cu laser pentru piesele de automobile

Tratament termic cu lasern tratamentul termic cu laser, energia este transmis la suprafaa materialului, n scopul de a crea un strat ntrit de transformare metalurgic . Laserul este folosit ca o surs de cldur , i ridic rapid temperatura suprafeei materialului . Disiparea clduri in zona nconjurtoare ofer auto stingere rapida , producnd astfel un strat de transformare intarit.

Deoarece laserul poate fi controlat cu precizie , dimensional ct i direcional , acesta este cel mai eficient atunci cnd este utilizat pentru a ntri selectiv o anumit zon , mai degrab dect nclzirea ntregii piese .

Lungimea de und de 1,06 m a laserului Nd : YAG este puternic absorbit de majoritatea metalelor tratabile termic , nu este necesar acoperirea suprafeei , i n general mai puin energie este necesar dect la lasere de lungimi de und mai lungi ( cum ar fi CO2 ) .

Recent , U.S. Laser Corporation a dezvoltat lasere fiabile de mare putere Nd : YAG de nivele de putere , n gama de 500 - 2000 wai,gam potrivit pentru tratarea termic .Laserele Nd : YAG n general, sunt mai ieftine pentru a opera , de dimensiuni mai mici i pentru cele mai multe metale , lucra mai eficient dect lasere cu CO2 . Capul laser este mai mic n dimensiuni i pot fi mutate , i utilizate cu robotica .

Caracteristici unice ale tratamentului termic cu laser

Deoarece o surs de lumin poate fi concentrat pentru a produce un punct mic de energie termic intens, exist numeroase avantaje atunci cnd se ia n considerare utilizarea unui laser.

Aport minim de cldur - Avnd n vedere c temperatura sursei este att de mare, transformarea se produce rapid i aportul de cldur n componenta este sczut. Acest lucru reduce distorsiunile n zonele afectate de cldur.

Controlul precis - Deoarece energia luminoas este concentrat, zona de tratare termic poate fi localizat cu mare precizie. n ceea ce privete flexibilitatea, zona tratat termic poate fi proiectat ntr-un diametru de alezaj mic prin utilizarea de oglinzilor direcionale.

Fr contact direct cu piesa, procesare in spaiu deschis - Avnd n vedere c energia vine de la lumina, nimic nu atinge fizic piesa de prelucrat. Nu exist nici o for exercitat asupra piesei. n plus, magnetismul i aerul nu afecteaz raza laserului.

Lasere potrivite

Att laserele CO2 i Nd: YAG cu und continu au n prezent capacitile de putere pentru a trata termic metale la tarife rezonabile.Laserul cu CO2, are o absorbie de suprafa mai proasta la cele mai multe metale, i deci are nevoie de acoperirea suprafeelor pentru a mbunti caracteristicile sale de absorbie. Deoarece absorbia in suprafe a lungimii de und a laserului Nd: YAG este semnificativ mai mare, este necesar, n general, mai puin energie.

Parametrii majori ai tratamentului termic cu laserParametrii tratamentului termic cu laser const in urmtorii:

Densitate de putere - n general, densitatea de putere mai mare, cu atat mai adncimea de ptrundere este mai mare. Cu toate acestea, n cazul n care toate celelalte variabile sunt fixe, exist o adncime maxim care poate fi atins. Cnd aceast limit este depit, va avea loc de topire de suprafa. Dac o prelucrare de finisaj este o cerin ca o etap final, dup ntrire, apoi unele topiri de suprafa (de exemplu, mai multe miimi) poate fi tolerate.

Viteza de deplasare - n cazul n care, dup ce maximizarea toate variabilele, viteza de deplasare a crescut, adncimea de ptrundere va fi redus pn cnd nu exist nici o reacie cu materialul. Viteza de deplasare sczut va determina topirea de suprafa semnificativ i / sau o duritate mai mic.

Duritatea ceruta - Duritatea maxim care poate fi obinut pe un material dat este guvernat de coninutul de carbon din material. Atunci cnd este necesar o duritate maxim pentru un anumit coninut de carbon, atunci adncimea de ptrundere este controlat de starea de rcire a piesei. n cazul n care duritatea cerut este mai mic, atunci se poate reduce densitatea de putere i de a scdea viteza de deplasare, pentru a permite mai mult timp pentru a conduce cldura mai adnc i de a crea o adncime caz mai profund.

Stare de rcire - Ca o regul general, cel puin ase sau apte ori grosimea adncimii este necesar dincolo de suprafa pentru a asigura auto-calirea i a asigura atingerea adncimii de ptrundere necesar i duritatea. Aceast cerin poate fi uneori eludat prin utilizarea diferitelor metode de a ajuta la clire.Jeturi de aer, cea de ap, sau, n cazul n care geometria piesei permite, apa sau uleiul pot fi utilizate. Aceste procese pot ajuta la obinerea de duritate maxim de suprafa.

Sudura cu laserSudura cu laser este o tehnica de sudare utilizat pentru a uni mai multe piese de metal prin utilizarea unui laser. Fasciculul administreaza o surs de cldur concentrat, pentru a permite suduri nguste i adnci i rate ridicate de sudare. Procedeul este frecvent utilizat n aplicaii de volum mare, cum ar fi n industria de automobile.

Ca i sudarea cu fascicul de electroni ( EBW ) , sudare cu fascicul laser are o densitate de putere mare ( de ordinul a 1 mW/cm2 ), rezultnd n zone mici afectate de cldur i ritm accelerat de nclzire i de rcire. Dimensiunea spot laser poate varia ntre 0,2 mm i 13 mm , cu toate c numai dimensiuni mai mici sunt utilizate pentru sudare . Adncimea de ptrundere este proporional cu cantitatea de energie furnizat , dar de asemenea, depinde de locaia punctului focal : penetrarea este maximizat cnd punctul focal este uor sub suprafaa piesei

O raz laser continuu sau pulsat pot fi utilizat n funcie de aplicaie. Impulsuri de milisecunde sunt folosite pentru a suda materiale subiri , cum ar fi lame de ras in timp ce sisteme laser continue sunt folosite pentru suduri profunde .

LBW este un proces versatil , capabil de sudare de oel carbon , oeluri HSLA , oel inoxidabil , aluminiu , titan . Avnd n vedere ratele ridicate de rcire , craparea este un motiv de ngrijorare atunci cnd sudare de oel de nalt carbon . Calitatea sudurii este nalt , similar cu cea de sudare cu fascicul de electroni . Viteza de sudare este proporional cu cantitatea de energie furnizat ,dar depinde i de tipul i grosimea pieselor . Capacitateaa de putere mare a laserelor cu gaz a le face potrivite mai ales pentru aplicaii de volum mare . LBW este deosebit de dominant n industria de automobile .Unele dintre avantajele LBW n comparaie cu EBW sunt dup cum urmeaz :

-Raza laser poate fi transmis prin aer n loc de vid ,

- Procesul este uor de automatizat cu maini robotizate ,

- Razele X nu sunt generate - LBW duce la suduri de calitate superioar .

Un derivat de LBW , sudura cu laser hibrid , combin laserul de LBW cu o metod de sudare cu arc electric , cum ar fi sudura cu arc de metal de gaz . Aceast combinaie permite o mai mare flexibilitate poziionare , deoarece GMAW furnizeaz metalul topit pentru a umple spaiul , i datorit utilizrii unui laser , mrete viteza de sudare asupra celei posibile n mod normal cu GMAW . Calitatea sudurii tinde s fie mai bun de asemenea , deoarece potenialul de subtiere este redus .Gurirea cu laser

Gurirea cu laser permite obinerea unor guri foarte mici i precise ntr-o varietate de forme i orientri ntr-o mare varietate de materiale , inclusiv aliaje greu de prelucrat pentru tehnica aerospaial . Aceste orificii pot fi conice sau modelate pentru a spori cantitatea i direcia de aer sau lichid care trece prin ele . Forarea de guri n piese de motor aerospaial / turbin , n general, servete pentru a mbunti caracteristicile de rcire ale piesei . Aceste orificii pot fi forate la unghiuri extreme la suprafa . Sute sau mii de guri de rcire pot fi forate ntr-o parte cu un singur set n cilindric sau piese cu forme neobinuite .Un laser Nd: YAG este utilizat n mod normal , occasionly o fibr laser este aleas , sau un laser cu CO2 pot fi utilizate la piese nemetalice . Prelucrare se realizeaz fie prin foraj percuie sau trepanning . n procesul de foraj cu laser ,o densitate de putere ridicat se realizeaz prin utilizarea unui laser de mare putere i o dimensiune de punct concentrat de 0,05 mm ( 0,002 ") la 0,75 mm ( 0,030 ") .

Asistarea cu gaz ajut la eliminarea materialului topit de la gaura de un flux coaxial livrat n timpul puls laser . Gurirea cu percuie poate fi realizat cu sau fr asisten cu gaz . n cazul n care nici un jet de gaz este utilizat , o metod alternativ de protecie a lentilei trebuie s fie folosit . Oxigenul poate fi utilizat pentru a produce o reacie exoterm cu multe metale . Forajul cu percuie exoterm prevede eliminarea de metal mult mai eficient . Aer sau gaz inert poate fi de asemenea utilizat n foraj cu percuie . Gurire cu percuie poate fi descris ca furnizarea unuia sau mai multor impulsuri de la laser la piesa n timp ce fasciculul laser i piesa sunt staionare .Pot fi necesare mai multe impulsuri n funcie de grosimea materialului . O variaie de foraj percuie este " drill -on - the-fly ", n care impulsurile sunt trimise la piesa de un laser staionar n timp ce piesa este rotit . Plasarea gurii este o funcie a vitezei de rotaie i frecven de puls a laserului . Dac sunt necesare mai multe impulsuri , CylPerf , un pachet software dezvoltat de inginerii de LASERDYNE , este utilizat pentru a sincroniza micarea piesei cu impulsurile laserului, asigurndu-se c mai multe impulsuri sunt livrate la locatia exact. Prin schimbarea energiei pulsului lasererului , contorul de impulsuri sau distana focal a obiectivului , caracteristicile dimensiunea gurii forate i conicitatea pot fi controlate pentru a ndeplini cerinele de proiectare a piesei . Software-ul CylPerf poate schimba , de asemenea, forma de impulsuri n timpul procesului de mbuntire a geometriei gurii .Trepanning este un alt proces pentru gurire. Piesa este inut staionar i raza laser este mutat pentru a crea o gaur sau o caracteristic de tiere a formei. Termenul "foraj" este n general utilizat pn diametrul gurii sau caracteristica mare dect grosimea materialului. Apariia unor sisteme extrem de precise i repetabile de poziionare cu laser permite tolerane caracteristici foarte unice i strnse. Gurire n form este o variaie n curs de dezvoltare de trepanning n care designeri din industria aerospaial i de componente de turbine pe uscat au crescut flexibilitatea de a crea noi modele i concepte de rcire.