Uneltele din materiale dure și ceramice, cum ar fi carbura de tungsten, sunt deosebit de rezistente la uzură. Cu toate acestea, uneltele utilizate pentru fabricarea lor se uzează mult mai repede - cu excepția cazului în care unealta este laser. Cercetătorii de la Fraunhofer ILT au dezvoltat acum un lanț de procese în care formarea și polizarea componentelor din materiale dure pot fi realizate cu un laser cu impulsuri ultracurte (UKP), fără a schimba prinderea.
Burghie, capete de frezare, role sau chiar inserții de tăiere din materiale ceramice dure nu doar că au tăiș, ci și rezistă semnificativ mai mult. Cu toate acestea, deși rezistența lor la uzură are un impact pozitiv asupra duratei de viață în producție, este problematică în fabricarea acestor unelte. Deoarece uneltele utilizate pentru formarea și prelucrarea suprafețelor își pierd din tăiș pe carbidele mixte, cermet și ceramicele utilizate aici. Uzura este corespunzător de mare atunci când producătorii se bazează pe metode de prelucrare mecanică.
Laserul UKP acționează acolo unde metodele mecanice întâmpină limite
Acest lucru este diferit cu impulsuri laser ultracurte. Chiar și laserele UKP comerciale cu o putere de 20 până la 40 de wați sunt capabile să îndepărteze eficient materialele dure utilizate în construcția uneltelor. Acolo unde impulsurile lor scurte de câteva picosecunde, de înaltă energie, ating suprafețele, materialul se evaporă. Deoarece acest lucru se întâmplă cu frecvențe în domeniul MHz, îndepărtarea materialului cu laser atinge rate de suprafață de până la 100 cm² pe minut. Dar cu această evaporare formativă a materialelor, potențialul prelucrării UKP nu este epuizat.
Cercetătorii de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laser ILT din Aachen au dezvoltat un lanț de procese în care același laser UKP realizează atât îndepărtarea materialului formativ, cât și polizarea ulterioară a suprafețelor uneltelor. „Laserul UKP este un instrument universal, cu care realizăm diferite etape de prelucrare, parțial în aceeași prindere”, spune Sönke Vogel, lider de echipă pentru îndepărtarea 3D a structurii la Fraunhofer ILT, care a avansat procesul împreună cu Astrid Saßmannshausen, lider de echipă pentru structurarea materialelor transparente.
Cheia pentru conectarea etapelor procesului constă în parametrizarea laserului: în timp ce îndepărtarea materialului se face cu o energie mare a impulsului și o rată de repetare mică, în cazul polizării este invers. Laserul UKP introduce energie în suprafața piesei cu o frecvență a impulsurilor de până la 50 MHz, care se acumulează acolo și topesc cele mai de sus 0,2 - 2 microni. Materialul nu se evaporă, ci formează un film de topire, care se netezește de la sine datorită tensiunii superficiale și se solidifică la răcire. De asemenea, proprietățile suprafeței sunt controlabile prin conducerea procesului. „Cu polizarea laser UKP, este posibil, de exemplu, să se netezească micro-nerăbdări păstrând structuri macroscopice”, explică Saßmannshausen. În plus, cu metoda laser este posibil să se polish suprafețe 3D complexe cu precizie de micron. De asemenea, este posibilă o polizare selectivă a anumitor zone pentru a ajusta în mod specific proprietățile suprafeței local sau pentru a poliza doar zonele necesare, economisind astfel timp. Polizarea UKP completează polizarea macro și micro laser cu o abordare și mai precisă și aplicabilă local pentru polizarea suprafeței.
Procedeu eficient pentru prelucrarea industrială a materialelor dure
În funcție de cerințele procesului, polizarea cu laser atinge rate de suprafață de zece până la 100 cm² pe minut și se menține astfel aproape de ratele de suprafață ale îndepărtării materialului anterioare. „Combinația ambelor procese cu un laser în aceeași prindere permite companiilor să își extindă oferta cu lasere UKP deja existente sau să accelereze semnificativ amortizarea după o nouă achiziție”, explică Saßmannshausen.
Dar, mai presus de toate, este potrivită pentru a înlocui metodele mecanice în prelucrarea materialelor dure și astfel de a încheia uzura uneori imensă a uneltelor în fabricarea lor. Acest lucru contribuie nu doar la reducerea costurilor, ci și la o eficiență mai mare a resurselor și energiei. Potrivit lui Saßmannshausen și Vogel, potențialul combinației de procese nu este încă pe deplin valorificat. Cu scanere poligonale mai rapide, puteri laser mai mari și spoturi laser mărite, este posibil să se crească semnificativ ratele de suprafață. Partenerii industriali interesați sunt invitați să abordeze pașii de optimizare împreună cu echipa de cercetare a Fraunhofer ILT.
Contact:
