Deposición láser de metal: 7 factores importantes relacionados con ella

Contenido

  • ¿Qué es la deposición de metales por láser?
  • ¿Cómo funciona el proceso de deposición de metales por láser?
  • ¿Cuáles son las ventajas de la deposición de metales por láser?
  • ¿Cuál es el trabajo de los láseres de fibra en LMD?
  • ¿Cuáles son las aplicaciones de la deposición de metales por láser?
  • Funciones flexibles para componentes de metal y aleación en LMD
  • ¿Por qué no se utilizan láseres de CO2 para LMD?

¿Qué es la deposición de metales por láser?

La deposición de metal por láser o LMD se refiere al proceso de formar un charco de metal fundido sobre un sustrato metálico con la ayuda de un láser. Se utiliza una corriente de gas para inyectar polvo metálico en el sustrato. Este polvo metálico absorbido forma un depósito de metal sobre el sustrato del metal. Este proceso de fabricación aditiva se utiliza para diversos fines, como reparar componentes metálicos, moldear herramientas metálicas o de aleación, tornillos metálicos, válvulas, etc. La deposición láser de metales se está convirtiendo en una técnica ampliamente utilizada en el campo de la fabricación.

deposición de metal por láser
Deposición de capas metálicas sobre una superficie por LMD. Fuente de imagen: http://Firstcomer, Роботизированная лазерная наплавка в импульсном режиме, CC BY-SA 4.0

¿Cómo funciona el proceso de deposición de metales por láser?

El proceso de deposición de metal por láser implica el uso de boquillas laterales o coaxiales para soplar polvo en la zona de proceso del metal. Generalmente, el polvo utilizado para el revestimiento por láser es de naturaleza metálica. El polvo interactúa con el rayo láser que precalienta las partículas hasta sus puntos de fusión. El polvo derretido luego forma la piscina de metal en la superficie. Esta piscina de metal se enfría posteriormente para formar una capa metálica en la superficie según sea necesario. A veces, el sustrato se mueve para solidificar la deposición metálica.

El movimiento del sustrato se controla mediante el CAD o el sistema de diseño asistido por computadora. Se utiliza para implantar materiales sólidos en un patrón de pistas. El patrón deseado se obtiene después de que finaliza la trayectoria. En algunos diseños, el sistema láser o de boquilla es móvil y se mueve sobre un sustrato fijo para producir pistas solidificadas. Se construyen múltiples capas una sobre otra para formar un componente tridimensional. La precisión geométrica es alta para este proceso.

Configuraciones de boquillas de revestimiento láser
4 tipos diferentes de sistemas de alimentación de polvo metálico. !. Sistema de alambre, 2. Sistema de boquilla lateral, 3. Sistema de boquilla radial, 4. Sistema de boquilla cónica. Fuente de imagen: materialgeezaConfiguraciones de boquillas de revestimiento láserCC BY-SA 3.0

¿Cuáles son las ventajas de la deposición de metales por láser?

El proceso de deposición de metal por láser ha ganado más popularidad en los últimos años sobre procesos como la pulverización térmica y la soldadura por arco metálico con gas porque:

  • Este proceso es un método adecuado para objetos de cualquier forma y estructura.
  • Este proceso crea menos distorsión de la trayectoria requerida.
  • Este proceso no disipa mucho calor reduciendo el daño por calor en los materiales.
  • Este proceso se utiliza para obtener una baja dilución entre el sustrato y las pistas y, al mismo tiempo, establecer una fuerte unión metalúrgica.
  • Este proceso tiene una alta velocidad de enfriamiento que produce microestructuras finas.
  • Este proceso permite un gran control sobre la fuente de alimentación del láser y la trayectoria del láser.
  • La estructura formada por este proceso carece de grietas y porosidad.
  • Este proceso utiliza tecnología compacta.
  • Este proceso es apropiado para la aplicación de material clasificado.
  • Este proceso es muy adecuado para la fabricación de formas casi netas.
  • Para la reparación de piezas, este proceso proporciona disposiciones particulares.

¿Cuál es el papel de los láseres de fibra en LMD?

Los láseres de fibra, también conocidos como láseres de fibra óptica, se basan en el principio de reflexión interna total (TIR). Utiliza el fenómeno TIR en fibras ópticas para transmitir luz. Estos láseres son capaces de transmitir luz a grandes distancias y también ayudan a reducir la distorsión del rayo láser causada por los efectos térmicos. Los láseres basados ​​en fibra óptica son capaces de proporcionar una mayor potencia de salida que las otras variantes de láser diferentes. Se requiere que estos láseres tengan una alta relación de área de superficie a volumen para proporcionar una potencia de salida continua del rango de kilovatios con enfriamiento efectivo. La guía de ondas de fibra óptica se utiliza para reducir la distorsión de la trayectoria óptica causada por problemas térmicos. Estos láseres son mucho más controlables, confiables y consistentes en comparación con otros tipos de láseres (láseres de dióxido de carbono o Nd: YAG).

Láseres de disco de fibra
Láseres de fibra óptica. Fuente de imagen: http://Ken-ichi Ueda – from author 3 fiber disk lasers, fiber lasers with transversal delivery of pump.

¿Cuáles son las aplicaciones de la deposición de metales por láser?

La deposición de metal por láser o LMD se utiliza para una serie de operaciones de fabricación industrial. El proceso ha ido ganando más popularidad en los últimos años sobre procesos como pulverización térmica y la soldadura por arco metálico con gas. Algunas de las aplicaciones más extendidas del depósito de metales por láser:

  1. Se utiliza para la reparación de herramientas sinterizadas.
  2. Se utiliza para la reparación de componentes aeroespaciales y de automóviles.
  3. Se utiliza para la reparación de palas de turbinas.
  4. Se utiliza para el recubrimiento de superficies de instrumentos de perforación petrolera.
  5. Se utiliza para la fabricación y reparación de implantes médicos.
  6. Se utiliza para la creación rápida de prototipos.
  7. Se utiliza para la fabricación de compuestos de matriz metálica.
  8. Se utiliza para la producción de superficies autolubricantes.
  9. Se utiliza para la reparación de herramientas corroídas.
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LMD utilizado en el proceso de sinterización láser. 1.Láser 2.Sistema de escáner 3.Sistema de suministro de polvo 4.Pistón de suministro de polvo 5 Rodillo 6 Pistón de fabricación 7 Lecho de polvo de fabricación 8 Objeto que se está fabricando (ver recuadro) A Dirección de escaneo láser B Partículas de polvo sinterizado (estado marrón) C Rayo laser D Sinterización láser E Lecho de polvo colocado previamente (estado verde) F Material sin sinterizar en capas anteriores. Fuente de imagen: GringerEsquema de SLSCC BY-SA 4.0

Funciones flexibles para componentes de metal y aleación en LMD

El proceso de deposición de metales por láser o LMD permite controlar la potencia aplicada de antemano. El polvo metálico se inyecta de acuerdo con la potencia de salida especificada. Esto se utiliza para producir aleaciones personalizadas. La composición adecuada del material puede resultar difícil. Si la composición no es precisa, puede resultar difícil obtener la aleación requerida. Algunas aleaciones comunes fabricadas a través de este proceso son hierro-tantalio, hierro-cobre y titanio-tantalio.

¿Por qué no se utilizan láseres de CO2 para LMD?

Inicialmente, cuando se introdujo por primera vez el proceso de deposición de metales por láser, CO2 los láseres fueron ampliamente utilizados. Los láseres de dióxido de carbono pueden producir un haz continuo de luz IR de muy alta potencia con bandas de longitud de onda principales que van de 9.6 a 10.6 micrómetros. Sin embargo, con el desarrollo de láseres de fibra, el uso de CO2 los láseres se redujeron. Estos láseres eran comparativamente más costosos y no permitían un flujo controlado de potencia láser.

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