A la indústria del metall sinteritzat, la qualitat del tall és crucial per al rendiment del producte final. Entre els diferents mètodes de tall, el tall per làser destaca per la seva alta precisió, la seva naturalesa sense-contacte i la seva flexibilitat.
Tanmateix, quan es tallen materials metàl·lics porosos com ara el titani o el feltre de níquel, els làsers tradicionals d'ones contínues-són propensos a una aportació de calor excessiva, cosa que provoca la fusió de les vores, la formació de capes de refusat i fins i tot l'obstrucció dels porus. Això compromet greument la permeabilitat del material, l'activitat catalítica o l'eficiència de filtració.
Aquest article aprofundeix en els processos i tecnologies làser avançats que aborden fonamentalment aquest repte.
1. Causa principal: per què es produeix la fusió de les vores?
Entendre la causa és clau per trobar una solució. L'essència de la fusió de vora és el "sobreescalfament".
Efecte d'acumulació de calor: el feltre metàl·lic està format per fibres interconnectades. Tot i que la seva conductivitat tèrmica és millor que el feltre de polímer, la seva estructura porosa tridimensional dóna lloc a camins discontinus de conducció de calor i una menor capacitat de calor en comparació amb les làmines metàl·liques sòlides. L'entrada d'energia contínua d'un làser CW fa que la calor s'acumuli ràpidament a la zona de tall-superant el punt de fusió del material-abans que es pugui difondre al material a granel.
Característiques del material: el titani i el níquel són metalls reactius, amb el titani que té una alta afinitat per l'oxigen i el nitrogen. A altes temperatures, les vores tallades pateixen oxidació i nitruració, formant capes compostes dures i trencadisses. Això s'acompanya d'una re-solidificació del material fos, que destrueix l'estructura original de la fibra i la porositat.
2. La solució: salt tecnològic de "continu" a "pulsat"
El principi bàsic és reduir l'entrada total de calor i proporcionar suficient "temps de refredament" per al material. Això s'aconsegueix principalment mitjançant dues tecnologies clau:
►1. Adopció de làsers de fibra polsada: la solució bàsica
A diferència dels làsers d'ona-contínua, els làsers polsats emeten "polsos làser" a freqüències molt altes i durades extremadament curtes (nivells de nanosegons, picosegons o fins i tot femtoseguons). Cada pols crea un petit punt d'ablació o vaporització, mentre que durant l'interval entre polsos, el material es refreda prou.
►2. Optimització del gas d'assistència: un element sinèrgic indispensable
El gas d'ajuda té un doble paper en el tall per làser: expulsar material fos i participar en reaccions químiques. L'elecció del gas és especialment important per a materials susceptibles a l'oxidació-com el feltre de titani i níquel.
Opció preferida: gasos inerts d'alta-puresa (p. ex., argó, Ar)
Funció: crea una atmosfera protectora, aïllant eficaçment el tall de l'oxigen i el nitrogen per evitar reaccions químiques a altes temperatures. Simultàniament, el flux de gas d'alta-velocitat elimina ràpidament el material vaporitzat o mínimament fos del tall, evitant la seva re-deposició i solidificació a les vores de la fibra.
Feu servir amb precaució: oxigen/aire comprimit
Mentre que el tall d'oxigen de l'acer al carboni augmenta la velocitat mitjançant una reacció exotèrmica, per al titani i el níquel, provoca una oxidació severa de la vora tallada, formant una capa d'òxid gruixuda i trencadissa acompanyada d'una fusió significativa, i s'ha d'evitar estrictament.
3. Control dels paràmetres clau del procés: aconseguir una "microcirurgia" de precisió
Fins i tot amb un làser polsat i gas inert, la configuració dels paràmetres és el pas final que determina l'èxit.
► Potència màxima i freqüència de pols: una potència màxima més alta garanteix una vaporització efectiva del material, mentre que una freqüència de pols adequada (no necessàriament més alta és millor) ha de coincidir amb la velocitat de tall per garantir un temps de refredament suficient per a cada pols.
►Velocitat de tall: la velocitat massa lenta provoca una entrada de calor excessiva; massa ràpid pot provocar talls incomplets o vores aspres. L'objectiu és utilitzar la velocitat més alta possible alhora que garanteix la penetració completa.
►Posició focal: alineeu el focus amb precisió o lleugerament dins de la superfície del material per aconseguir el diàmetre de punt més petit i la densitat d'energia més alta per a un tall més fi.
►Flux de broquet i gas: seleccioneu un diàmetre de broquet adequat i assegureu-vos un flux suficient i estable de gas inert d'alta -puresa per formar una cortina protectora eficaç i una capacitat d'expulsió eficient.
