Lazerių kaip „rašiklio“ ir metalo miltelių kaip „rašalo“ naudojimas
Lazerinės gamybos technologija yra pažangi taisymo technologija, kurios pagrindas yra lazerinis apvalkalas. Jis integruoja lazerinį apdorojimą, medžiagų mokslą ir skaitmenines technologijas. Jis gali ne tik atkurti pažeistų komponentų geometrinius matmenis, bet ir leisti jų našumui atitikti ar net pranokti naujų gaminių našumą. Ši technologija pasižymi aukšta kokybe, efektyvumu, energijos taupymu, medžiagų taupymu ir aplinkos apsauga, todėl ji yra pagrindinė žaliosios pramonės plėtros jėga. Strategijoje „Pagaminta Kinijoje 2025“ žalioji gamyba pabrėžiama kaip pagrindinis projektas, todėl lazerių gamyba sulaukė tvirtos politikos paramos. Apskaičiuota, kad Kinijos lazerių gamybos pramonės mastas iki 2025 m. turėtų siekti 10 milijardų juanių, o tai rodo didžiulį rinkos potencialą ir aktyviai pertvarko apdirbamosios pramonės žiedinio panaudojimo ekosistemą.
Techniniai principai ir lyginamieji pranašumai
Techninis atkūrimo lazeriu pagrindas yra padengimas lazeriu, kuris sudaro metalurginiu būdu surištą sluoksnį ant pagrindo paviršiaus, naudojant didelės-energijos lazerio spindulį, kad išlydytų apvalkalo medžiagą. Ši technologija turi didelių pranašumų, palyginti su tradiciniais taisymo būdais: maža karščio{2}}veikiama zona, sumažinanti ruošinio deformaciją; mažas dengimo sluoksnio praskiedimo greitis su tiksliu valdymu; tanki dengiamojo sluoksnio mikrostruktūra su mažais mikroskopiniais defektais; ir didelis metalurginis sukibimo stiprumas su pagrindu. Medžiagos, dažniausiai naudojamos gaminant lazeriu, yra Co-Cr, Ni-Cr ir Fe-Cr pagrindu pagamintų lydinių milteliai, o keraminės medžiagos gali būti pridedamos metalo-keraminei dangai. Palyginti su tradicinėmis technologijomis, pvz., terminiu purškimu, lazeriu{9}}remontuotas sluoksnis sudaro metalurginį ryšį su pagrindu, todėl susidaro vienoda ir smulki vidinė struktūra, kuri pašalina tokius defektus kaip poras, įtrūkimus ir šlako intarpus, o termiškai purškiamos dangos yra surištos mechaniškai ir turi daug porų.
Kūrimo istorija ir taikomųjų programų plėtra
Lazerinės gamybos technologija atsirado aštuntajame dešimtmetyje. 1974 m. amerikiečių tyrinėtojas Gnanamuthu pirmą kartą pasiekė metalinio pagrindo padengimą lazeriu. 1981 m. Didžiosios Britanijos įmonė „Rolls{5}}Royce“ pritaikė lazerinio apmušimo technologiją aviacinių- variklių mentes, o tai pažymėjo, kad ji pradėjo naudoti pramonėje. Po reformos ir atvėrimo užsienietiška aukščiausios klasės įranga-ir didelių inžinerinių projektų remonto poreikiai suteikė galimybę Kinijoje plėtoti lazerių gamybos technologijas. Pastaraisiais metais lazerinės gamybos technologijos taikymo sritis Kinijoje išsiplėtė nuo aviacijos ir gynybos iki daugiau nei dešimties pramonės šakų, įskaitant kasybos mašinas, energijos energiją ir metalurgijos įrangą. Kinijoje buvo įkurta beveik 300 lazerių gamybos įmonių, kurios sudaro bendradarbiavimo plėtros modelį, kuriame dalyvauja universitetai, mokslinių tyrimų institutai ir pramonės įmonės, skatinančios šios technologijos šuolį nuo mokslinių tyrimų iki pramoninio pritaikymo.
Pagrindiniai technologiniai proveržiai ir naujovės
Lazerinės gamybos įranga patyrė technologinę evoliuciją nuo CO2 lazerių iki skaidulinių lazerių ir puslaidininkinių lazerių. Nauja lazerinė įranga pasižymi didesniu lankstumu ir trumpesnėmis bangos ilgio charakteristikomis, todėl žada platesnes taikymo perspektyvas. Energijos-lauko-pagalbinis lazerinis atkūrimas tapo svarbia aukštos-kokybės atkūrimo priemone. Įvesdamas išorinius energijos laukus, tokius kaip elektromagnetiniai laukai, indukciniai šildymo laukai ir ultragarso vibracija, jis gali veiksmingai reguliuoti išlydyto baseino srautą, slopinti poras ir kontroliuoti mikrostruktūrą. Siekdami patenkinti-svetainės atnaujinimo poreikius, mokslininkai įveikė pilno-kampo lazerinio apmušimo technologiją, kad būtų galima taisyti lazeriu skirtingais pasvirimo kampais. Tačiau gaminant lazerį vis dar susiduriama su iššūkiais, tokiais kaip ribota specialių medžiagų įvairovė ir priklausomybė nuo pagrindinės įrangos ir komponentų importo, o tai riboja tolesnę pramonės plėtrą.
Pramonės pritaikymas ir ekonominė nauda
Kasybos mašinų pramonėje lazerio gamybos technologija naudojama pagrindinių komponentų, tokių kaip smulkintuvo pagrindiniai velenai ir hidraulinės atraminės kolonos, taisymui. Sutaisyto pagrindinio veleno tarnavimo laikas gali būti padidintas 2-3 kartus. Plieno pramonėje technologija taikoma remontuojant volus. Taisomų volų našumas, lyginant su tradiciniais procesais, kelis kartus pagerinamas – tai tik trečdalis naujo volo kainos. Naftos chemijos ir energetikos pramonėje lazerinis perdirbimas naudojamas pagrindinės įrangos, pvz., dujų turbinų ir garo turbinų, remontui, o tai kainuoja mažiau nei 10 % naujos įrangos. Remiantis statistika, metinis hidraulinių atraminių kolonų kiekis Kinijoje yra apie 450 000 tonų. Naudojant lazerinės dangos perdirbimo technologiją, kasmet būtų galima sutaupyti 190 000 tonų standartinės anglies ir žymiai sumažinti atmosferos taršą. Ši technologija gali sutaupyti 40 % sąnaudų, 60 % energijos, 70 % medžiagų ir 80 % sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį, o tai suteikia didelę ekonominę ir aplinkosauginę naudą.
Lazerinės įrangos komponentai
Pluošto lazerinis aparatas
Lazerinio dengimo galvutė
Miltelių tiektuvas
Lazerinio grūdinimo galvutė
Iššūkiai ir ateities tendencijos
Plėtojant lazerinio perdirbimo technologiją, susiduriama su keturiais pagrindiniais iššūkiais: ribota specialių medžiagų įvairovė ir didelio našumo{0}}taisymo medžiagų trūkumas; priklausomybė nuo pagrindinės įrangos ir komponentų importo; nepakankamas pramonės pripažinimas; ir nepilna standartinė sistema. Ateityje technologija vystysis intelekto ir automatizavimo link. Gamybos parametrams optimizuoti ir kokybės kontrolei realiuoju laiku pasiekti bus naudojamas dirbtinis intelektas ir mašininis mokymasis. Kita svarbi tendencija yra-atnaujinimas vietoje – lazerinė įranga tobulinama miniatiūrizuojant ir integruojant. Iki 2035 m. Kinijos lazerių perdirbimo pramonės plėtros tikslas yra pažangių technologijų subrendimas ir pramoninis mastas, siekiantis 50 milijardų juanių. Ilgalaikėje perspektyvoje lazerinis atkūrimas palaikys paskirstytas paslaugų sistemas, bus plačiai taikomas aukščiausios klasės{10}}rangos gamyboje ir suteiks pagrindinę techninę paramą žiedinei ekonomikai.