Uporaba laserja kot "peresa" in kovinskega prahu kot "črnila"
Tehnologija laserske ponovne izdelave je napredna tehnologija popravil z lasersko oblogo v svojem jedru. Združuje lasersko obdelavo, znanost o materialih in digitalne tehnologije. Ne more samo obnoviti geometrijskih dimenzij poškodovanih komponent, temveč tudi omogočiti, da njihova zmogljivost doseže ali celo preseže zmogljivost novih izdelkov. Za to tehnologijo so značilni visoka kakovost, učinkovitost, varčevanje z energijo, ohranjanje materiala in varstvo okolja, zaradi česar je ključna sila, ki spodbuja zeleni industrijski razvoj. S strategijo »Made in China 2025«, ki poudarja zeleno proizvodnjo kot ključni projekt, je laserska predelava prejela močno politično podporo. Ocenjuje se, da naj bi obseg kitajske industrije laserske predelave do leta 2025 dosegel 10 milijard juanov, kar kaže na ogromen tržni potencial in aktivno preoblikovanje ekosistema krožne uporabe v proizvodni industriji.
Tehnična načela in primerjalne prednosti
Tehnični temelj laserske obnove je lasersko oplaščenje, ki tvori metalurško vezan sloj na površini substrata z visoko-energijskim laserskim žarkom za taljenje materiala oplaščenja. Ta tehnologija ponuja znatne prednosti pred tradicionalnimi metodami popravljanja: majhna toplotno-območje, ki zmanjšuje deformacijo obdelovanca; nizka stopnja redčenja obloge z natančnim nadzorom; gosta mikrostruktura obloge z malo mikroskopskimi napakami; in visoko metalurško trdnost spoja s podlago. Materiali, ki se običajno uporabljajo pri laserski predelavi, vključujejo praške zlitin na osnovi Co-Cr, Ni-Cr in Fe-Cr, keramične materiale pa je mogoče dodati za oblikovanje kovin-keramičnih prevlek. V primerjavi s tradicionalnimi tehnologijami, kot je termično brizganje, laser-popravljena plast tvori metalurško vez s podlago, kar ima za posledico enotno in fino notranjo strukturo, ki odpravlja napake, kot so pore, razpoke in vključki žlindre, medtem ko so toplotno brizgani premazi mehansko povezani in vsebujejo številne pore.
Zgodovina razvoja in razširitev uporabe
Tehnologija laserske predelave izvira iz sedemdesetih let prejšnjega stoletja. Leta 1974 je ameriški raziskovalec Gnanamuthu prvi dosegel lasersko oblogo na kovinsko podlago. Leta 1981 je britansko podjetje Rolls-Royce uporabilo tehnologijo laserske obloge za popravilo lopatic letalskih-motorjev, kar je označilo njegov vstop v fazo industrijske uporabe. Od reforme in odprtja so uvedba tuje vrhunske-opreme in potrebe po popravilih za velike inženirske projekte ponudile priložnosti za razvoj tehnologije laserske predelave na Kitajskem. V zadnjih letih se je obseg uporabe tehnologije laserske predelave na Kitajskem razširil z letalstva in obrambe na več kot deset industrij, vključno z rudarskimi stroji, energijo in metalurško opremo. Na Kitajskem je bilo ustanovljenih skoraj 300 podjetij za lasersko predelavo, ki tvorijo skupen razvojni vzorec, ki vključuje univerze, raziskovalne inštitute in industrijska podjetja ter spodbuja skokovit razvoj te tehnologije iz raziskovalnega fokusa v industrijsko uporabo.
Ključni tehnološki preboji in inovacije
Oprema za lasersko predelavo je bila podvržena tehnološkemu razvoju od laserjev CO2 do laserjev z vlakni in polprevodniških laserjev. Nova laserska oprema nudi večjo prilagodljivost in krajše valovne dolžine, kar obeta širše možnosti uporabe. Laserska predelava s-energijskim-poljem je postala pomembno sredstvo za visoko-kakovostno predelavo. Z uvedbo zunanjih energijskih polj, kot so elektromagnetna polja, indukcijska ogrevalna polja in ultrazvočne vibracije, lahko učinkovito uravnava pretok staljenega bazena, zavira pore in nadzoruje mikrostrukturo. Da bi izpolnili-potrebe po predelavi na kraju samem, so raziskovalci premagali tehnologijo laserskega oblaganja pod-polnim kotom in tako dosegli lasersko popravilo pod različnimi koti naklona. Vendar pa se laserska predelava še vedno sooča z izzivi, kot sta omejen izbor namenskih materialov in odvisnost od uvoza za osnovno opremo in komponente, kar omejuje nadaljnji industrijski razvoj.
Industrijske aplikacije in gospodarske koristi
V industriji rudarskih strojev se tehnologija laserske predelave uporablja za popravilo ključnih komponent, kot so glavne gredi drobilnikov in hidravlični podporni stebri. Življenjska doba popravljene glavne gredi se lahko poveča za 2-3-krat. V jeklarski industriji se tehnologija uporablja za popravilo valjev. Učinkovitost popravljenih valjev je večkrat izboljšana v primerjavi s tradicionalnimi postopki, pri samo tretjini cene novega valja. V petrokemični in energetski industriji se laserska predelava uporablja za popravilo ključne opreme, kot so plinske in parne turbine, ki stane manj kot 10 % nove opreme. Po statističnih podatkih je letna količina odsluženih hidravličnih nosilnih stebrov na Kitajskem približno 450.000 ton. Z uporabo tehnologije laserske obnove obloge bi lahko prihranili 190.000 ton standardnega premoga letno in znatno zmanjšali onesnaževanje ozračja. Ta tehnologija lahko prihrani 40 % pri stroških, 60 % pri energiji, 70 % pri materialih in zmanjša emisije za 80 %, kar ponuja znatne gospodarske in okoljske koristi.
Sestavni deli laserske opreme
Laserski stroj z vlakni
Glava za lasersko oblaganje
Podajalnik prahu
Glava za lasersko utrjevanje
Izzivi in prihodnji trendi
Razvoj tehnologije laserske obnove se sooča s štirimi glavnimi izzivi: omejeno izbiro namenskih materialov in pomanjkanjem visoko-zmogljivih materialov za popravilo; odvisnost od uvoza za osnovno opremo in komponente; nezadostna prepoznavnost industrije; in nepopoln standardni sistem. V prihodnosti se bo tehnologija razvijala v smeri inteligence in avtomatizacije. Umetna inteligenca in strojno učenje bosta uporabljena za optimizacijo proizvodnih parametrov in doseganje-kontrole kakovosti v realnem času. -Obnova na kraju samem je še en pomemben trend, saj se laserska oprema razvija v smeri miniaturizacije in integracije. Do leta 2035 je razvojni cilj kitajske industrije laserske predelave zorenje inteligentne tehnologije in industrijski obseg, ki bo dosegel 50 milijard juanov. Dolgoročno bo laserska predelava podprla sisteme porazdeljenih storitev, dosegla široko uporabo v-proizvodnji vrhunske opreme in zagotovila osnovno tehnično podporo za krožno gospodarstvo.