تقنية الحفر بالليزر -لتصنيع سبائك التيتانيوم عالية الدقة

تمثل سبائك التيتانيوم، بصلابتها العالية وموصليتها الحرارية المنخفضة، تحديات ملحوظة للحفر الميكانيكي التقليدي، بما في ذلك التآكل المتسارع للأداة، والتشوه الحراري الشديد وضعف دقة التصنيع. الحفر بالليزر، باستخدام مزايا المعالجة غير التلامسية، والدقة العالية، والكفاءة العالية، يخترق حواجز التصنيع الدقيق لسبائك التيتانيوم. يمكن أن يتيح ترقية التصنيع-المتطور نحو مستوى ميكرون-وإنتاج ذكي.

 

 

يعمل الحفر بالليزر على تركيز شعاع ليزر عالي الكثافة-من الطاقة- على سطح سبائك التيتانيوم، مما يؤدي إلى ذوبان المادة وتبخيرها وتحولها إلى بلازما على الفور. يتم طرد البقايا بواسطة غاز ذو ضغط عالي-لتكوين ثقوب عالية الدقة-. وتكمن طبيعتها المتقدمة في التحكم الدقيق في الطاقة وعمليات المعالجة، مع تحقيق اختراقات أساسية في تكرار تقنية النبض وتحسين أوضاع المعالجة.

 

تطورت تقنية النبض من أجهزة الليزر السريعة بالنانو ثانية إلى البيكو ثانية والفيمتو ثانية فائقة السرعة. إنه يحقق تبخيرًا مباشرًا للمواد، مما يقلل من حرارة المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) إلى أقل من 5 ميكرومتر ويتجنب العيوب مثل طبقات إعادة الصياغة. تؤدي المعالجة بالليزر الفيمتو ثانية بالأشعة تحت الحمراء لسبائك التيتانيوم إلى خشونة جدار الثقب (Ra)، ودقة قطر الثقب ±2μm، ودقة تحديد موضع متكررة تبلغ ±1.5μm، مما يلبي متطلبات الدقة للتصنيع النهائي العالي.

 

أوضاع المعالجة السائدة هي الحفر الإيقاعي والحفر النقبي:

يتحكم الحفر الإيقاعي في العمق من خلال النبضات، مما يجعله عالي الكفاءة في الإنتاج الضخم للثقوب الدقيقة-العادية؛

 

يعتمد حفر الحفر على الحركة النسبية الدائرية، مما يؤدي إلى تحقيق شكل ثقب فائق وجودة جدار فائقة، ويمكن معالجة الثقوب عالية الدقة-بنسبة عرض إلى ارتفاع تتجاوز 50:1. بالاشتراك مع التركيز الديناميكي لوصلة المحاور 5- وتقنية تحديد المواقع المرئية CCD، يمكنها أيضًا معالجة الثقوب ذات الشكل الخاص على الأسطح المنحنية المعقدة وعند زوايا ميل أقل من أو تساوي 45 درجة، مع الانحراف بين محور الثقب والخط العادي المصمم أقل من أو يساوي 1.5 درجة.

 

 

مصدر الصورة: sciencedirect حول الحفر بالليزر

 

 

بالمقارنة مع الحفر الميكانيكي التقليدي وآلات التفريغ الكهربائي (EDM)، يشكل الحفر بالليزر قدرة تنافسية فنية أربعة-في-واحد تتمثل في "الدقة والكفاءة والمرونة والملاءمة البيئية" في التصنيع الدقيق لسبائك التيتانيوم، مع مزايا شاملة. وتتمثل أبرز النقاط الرئيسية في الإنجازات المزدوجة في مجال -الدقة والكفاءة العالية:

 

تعمل ليزرات الألياف عالية الطاقة- المدمجة مع نبضات ذات تردد عالي يبلغ 200 كيلو هرتز على تمكين معالجة ثقب واحد-في 0.05-0.5 ثانية، أي 10-1000 مرة أكثر كفاءة من EDM. تمت زيادة القدرة الإنتاجية لمعالجة شفرات التوربينات الهوائية بنسبة تزيد عن 300%. حجم البقعة المركزة أقل من أو يساوي 15 ميكرومتر، مع دقة قطر الثقب ± 15 ميكرومتر واستدارة أكبر من أو تساوي 95%، مما يتيح معالجة مستقرة للثقوب الصغيرة التي تتراوح من 0.001 مم إلى 1 مم، وهو أكثر دقة بكثير من المعالجة الميكانيكية التقليدية.

 

تعمل المعالجة غير التلامسية والقدرة الكاملة على التكيف مع المواد على توسيع حدود التطبيق: لا يوجد تشوه ناتج عن قوة القطع-، ومناسبة لسبائك التيتانيوم بسمك 0.1-50 مم؛ التبديل الذكي للأطوال الموجية، وتعويض تدرج الطاقة، و0.2-0.8MPa غاز مساعد عالي الضغط -يحقق معالجة خالية من الأزيز وخالية من الإجهاد- من خلال الفتحة، مع HAZ أقل من أو يساوي 50μm، ومناسب لمكونات سبائك التيتانيوم مع طبقات حاجز حراري.

 

يتماشى الذكاء والتصنيع الصديق للبيئة مع التحديث الصناعي: تدمج المعدات الذكاء الاصطناعي والمراقبة في الوقت الفعلي- لتحسين معلمات المعالجة ديناميكيًا، مما يزيد من معدل تأهيل قطر الثقب إلى 98% ويقلل وقت تصحيح الأخطاء اليدوي بنسبة 90%؛ يؤدي استخدام الحد الأدنى من كمية التشحيم (MQL) أو ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج بدلاً من قطع السوائل إلى تقليل تصريف المياه العادمة بنسبة تزيد عن 90%، مع كفاءة تحويل كهروضوئي- تتجاوز 30% وتقليل استهلاك طاقة الوحدة بنسبة 60%، بما يتوافق مع أهداف الكربون المزدوج والمتطلبات البيئية للتصنيع عالي الجودة-.

 

 

إن التطبيق الناضج لتكنولوجيا الحفر بالليزر يعيد تشكيل عمليات تصنيع مكونات سبائك التيتانيوم في الفضاء الجوي، والأجهزة الطبية، ومركبات الطاقة الجديدة، وغيرها من المجالات، ليصبح دعمًا فنيًا أساسيًا للإنتاج الضخم للمكونات الأساسية الرئيسية.

 

في مجال الطيران، تتخطى هذه التقنية حدود تصنيع المكونات الطرفية الساخنة: تعمل معالجة فتحات التبريد في شفرات التوربينات المصنوعة من سبائك التيتانيوم مع طبقات حاجز حراري باستخدام ليزر الفيمتو ثانية على تجنب تلف الطلاء، وتحسين اتساق تدفق هواء التبريد والكفاءة الحرارية للمحرك، وإطالة عمر الشفرة، وتعزيز كفاءة معالجة مصفوفات فتحات تقليل الوزن على أغلفة جسم الطائرة، مما يساهم في تخفيف وزن الطائرة.

 

في مجال الأجهزة الطبية، فإنه يضع أساسًا بنيويًا متينًا للطب الدقيق: تعمل الشبكة ثلاثية الأبعاد من خلال-الثقوب لزراعة العظام على تسريع عملية التكامل العظمي، كما تعمل معالجة الأخدود الدقيق لدعامات القلب والأوعية الدموية على تحسين عمر التعب، وتعمل معالجة الثقوب الدقيقة للعظميات الاصطناعية على تقليل الوقت الجراحي وزيادة معدل تعافي السمع بعد العملية الجراحية.

في مجالات مركبات الطاقة الجديدة والإلكترونيات الاستهلاكية، تعمل على تعزيز وزن المنتج ورفع مستوى الأداء: تقلل معالجة أغلفة بطاريات الطاقة بشكل كبير من بقايا الخبث ومخاطر الدائرة القصيرة-، كما تعمل معالجة الثقوب الدقيقة للألواح ثنائية القطب لخلايا وقود الهيدروجين على زيادة القدرة الإنتاجية بشكل كبير؛ تؤدي معالجة مفصلات الشاشة القابلة للطي إلى تقليل الوزن وعمر الطي الطويل، وتضمن معالجة فتحات السماعات في الإطارات الوسطى للهاتف المحمول أداءً صوتيًا مستقرًا.

 

 

تتخصص مجموعة Ruihang في إنتاج مواد خام التيتانيوم عالية الجودة-لتصنيع الآلات الدقيقة لديك. لمزيد من التفاصيل يرجى التواصل معنا عبر البريد الإلكتروني:Sam.Rui@bjrh-titanium.com

 

مرجع:
فويسي، كيه تي، وآخرون. "الحفر بالليزر." موضوعات ScienceDirect، إلسفير، 2010-2022، https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/laser-drilling.