Laserové nanášení kovů

Laserové nanášení kovů s menším počtem metalurgických vad, zbytkových pnutí a deformací

Laserová depozice kovů (LMD) je pokročilá technika aditivní výroby používaná k vytváření nebo úpravě složitých 3D geometrií z kovů a kovově-keramických sloučenin. V tomto procesu laserový paprsek vytváří na kovovém substrátu kaluž roztaveného kovu, do které je tryskou kontinuálně přiváděn kovový prášek. Tato metoda se používá také pro opravy a povlakování a nabízí značné výhody v oblasti přesnosti a flexibility materiálu. Obvykle se používá pevnolátkový laser pracující na 1064 nm nebo někdy CO₂ laser (10,6 μm).

Monitorování teploty při laserovém navařování kovů (LMD) je klíčové pro zlepšení kvality a spolehlivosti výrobního procesu. Díky pečlivému sledování tepelné dynamiky v reálném čase je možné detekovat a zmírňovat podmínky, které vedou k metalurgickým vadám, jako je pórovitost, trhliny a geometrické deformace. Toto monitorování také umožňuje jemné doladění procesních parametrů, jako je výkon laseru a rychlost skenování, které přímo ovlivňují teplotu taveniny a v důsledku toho mikrostrukturu a mechanické vlastnosti konečného produktu.

Monitorování teploty navíc pomáhá řídit vliv různých strategií nanášení na difuzi tepla, a tím zajišťuje konzistentnější výsledky. Hraje významnou roli při posuzování a minimalizaci zbytkových napětí a deformací, zejména prostřednictvím úprav doby prodlevy a dalších procesních strategií. Jako součást vývoje systémů s uzavřenou smyčkou pro online řízení poskytuje monitorování teploty nezbytnou zpětnou vazbu, která zlepšuje výkon procesu a snižuje počet vad. Dále umožňuje lepší pochopení vztahu mezi tepelnými charakteristikami, jako jsou rychlosti chlazení a teplotní gradienty, a mechanickými vlastnostmi součástí. Včasnou detekcí vad nanášení zajišťuje tepelné monitorování strukturální integritu součástí, zabraňuje výrobním poruchám a optimalizuje celkovou kvalitu výroby.

Krátkovlnné infračervené kamery s integrovanými filtry blokujícími laser pro přesné měření teploty kovů

Emisivita hraje klíčovou roli v přesném měření teplot, protože se mění v závislosti na několika faktorech a musí být pečlivě upravena tak, aby vyhovovala konkrétním aplikacím. Teoreticky je emisivita ovlivněna vlastnostmi materiálu, kvalitou povrchu, teplotou, vlnovou délkou, úhlem měření a konfigurací použitou během měření. Nekovové povrchy mají často konzistentní emisivitu napříč různými vlnovými délkami, ale emitují méně záření než ideální černé těleso, což je řadí do kategorie šedých těles. Naproti tomu kovové povrchy, jejichž emisivita se mění s teplotou a vlnovou délkou, se označují jako selektivní zářiče.

Pro přesné měření teploty kovů se obecně doporučuje pracovat v krátkovlnném rozsahu. Je to proto, že kovové povrchy vykazují nejvyšší intenzitu záření a emisivitu při vyšších teplotách a kratších vlnových délkách. Navíc se při těchto kratších vlnových délkách emisivita kovů více shoduje s emisivitou oxidů kovů, což minimalizuje potenciál chyb měření teploty v důsledku změn emisivity.

Tento přístup však musí zohledňovat interakci laseru s materiálem, protože absorpce materiálu se rovná jeho emisivitě, což odpovídá Kirchhoffovu zákonu tepelného záření . Ačkoli lasery pracují s mnohem užší šířkou pásma než infračervené kamery, je použití zářezového filtru nezbytné pro blokování výkonného laserového světla a zabránění přeslechům, které by mohly poškodit infračervenou kameru.

Společnost Optris nabízí specializované infračervené kamery určené pro laserové aplikace. Infračervené kamery PI se snadno integrují do různých systémů a podporují analogové i digitální výstupy. V některých systémech pro integraci strojů používají výrobci infračervenou kameru PI s počítačem se systémem Linux a využívají SDK k vývoji vlastního softwaru, který zajišťuje optimální řízení procesů a synchronizaci s dalšími systémy.