Лазерное текстурирование поверхности металла

Лазерное текстурирование поверхности металла: 
от микроузоров к важнейшим свойствам

Лазерное текстурирование металла помогает модифицировать его поверхность под воздействием лазерного излучения. А именно, создавать на ней контролируемые микро- и наноструктуры, изменять ее текстуру и шероховатость с высочайшей точностью. 

В основе метода лежит прямой контакт луча с обрабатываемым материалом. При этом происходят локальное нагревание, плавление и частичное испарение (абляция) материала. В результате формируется заданный рельеф поверхности. Технология отличается:

• высокой точностью - возможностью образовывать структуры с размерами от нескольких микрометров до нанометров;
• бесконтактностью. Обработка происходит без механического взаимодействия с поверхностью;
• гибкостью. С ее помощью можно создавать разные типы текстур и узоров;
• локальностью. Можно обрабатывать только заданные участки поверхности;
• экологичностью. Лазерное текстурирование поверхности не использует химические реагенты и оставляет минимальное количество отходов.
  
  

Технология лазерного текстурирования металла

В начале процесса высокоэнергетический лазерный луч фокусируется на небольшом участке поверхности металла. Материал поглощает энергию излучения, что приводит к быстрому локальному нагреву. При достижении определенной температуры металл начинает плавиться и частично испаряться. Испарившиеся частицы ионизируются, образуя над поверхностью плазму. Затем расширяющаяся плазма выбрасывает расплавленный и испаренный материал с поверхности. После остывания на месте воздействия лазера образуется микроскопическое углубление или структура.

Лазерный луч перемещается не спонтанно, а по заданной траектории, повторяя процесс и создавая желаемый узор. Изменяя мощность лазера, длительность импульсов, скорость сканирования и другие параметры, можно точно контролировать глубину и форму создаваемых структур.

Виды микроузоров и их назначение

Текстурирование металла лазером позволяет создавать на поверхности мельчайшие рисунки. Вот основные типы образуемых структур:

• ямочки. Круглые или овальные углубления размером от нескольких микрон до нескольких миллиметров. Помогают улучшить смазывающие свойства поверхности;
• линейные канавки - параллельные или пересекающиеся борозды. Могут быть прямыми или волнистыми. Используются для управления потоком жидкости или газа;
• решетчатые структуры - пересекающиеся линии, образующие сетку. Эффективны для увеличения площади поверхности;
• конусообразные структуры - множество миниатюрных конусов. Применяются для создания супергидрофобных поверхностей;
• иерархические структуры - комбинация микро- и наноструктур, обеспечивающая сложные функциональные свойства поверхностей;
• периодические, регулярно повторяющиеся элементы заданной формы. Применяются в оптике;
• градиентные структуры - рисунки с постепенным изменением размера или плотности элементов. Образуют поверхности с переменными свойствами.  

Есть в лазерном текстурировании металлической поверхности и своя “экзотика”. Например, биомиметические узоры, имитирующие природные структуры. И если вам хочется, чтобы на микроуровне металл выглядел как листок лотоса, лазер тоже может решить такую задачу. Или создаст на поверхности читаемый текст, который можно будет различить только под микроскопом. Этот прием часто используют для маркировки и защиты от подделок.    

Компоненты оборудования для лазерного
текстурирования поверхности

Ключевым элементом установок для этих работ становится лазерный источник, обычно волоконный или твердотельный лазер мощностью от нескольких ватт до нескольких киловатт. Он может работать в импульсном и непрерывном режимах. Длина волны подбирается под обрабатываемый материал.

К компонентам оптической системы лазерного текстурирования металла относятся высокоточные линзы для фокусировки лазерного луча, сканирующие головки для его быстрого перемещения и системы контроля. Системы позиционирования представляют собой прецизионные линейные приводы по осям X, Y, Z. Они отличаются высокой точностью - до 0,1 микрометра - и могут обрабатывать даже 3D-поверхности. 

Процесс происходит в рабочей камере - герметичной конструкции, защищающей оператора от лазерного излучения. Она оснащена системами удаления продуктов абляции. Внутри устройства можно создавать контролируемую атмосферу. 

Высокую точность лазерного текстурирования поверхности гарантирует программное обеспечение. Оно может включать: 

• CAD/CAM системы для проектирования текстур,
• ПО для управления лазером и системой позиционирования,
• системы мониторинга процесса обработки,
• высокоскоростные камеры для визуального контроля,
• датчики для измерения параметров лазерного излучения,
• роботизированные системы подачи заготовок.
  
  

Как текстурирование металла лазером 
меняет характеристики материала? 

Такая обработка позволяет целенаправленно улучшать свойства поверхности. Причем именно те, которые нуждаются в корректировке. Например, с ее помощью можно улучшить адгезию: усилить сцепление с клеями, красками, покрытиями, повысить надежность будущих сварных и паяных соединений. 

Для многих изделий важны гидрофобные (водоотталкивающие) или гидрофильные (впитывающие) характеристики. Деталям, подвергающимся интенсивной эксплуатации, не помещает усиление трибологических свойств: снижение коэффициента трения и повышение износостойкости. Кроме того, текстурирование металла лазером может наделять его:

• оптическими характеристиками. Иногда бывает важно усилить отражательную способность, в других случаях - придать поверхности антибликовый эффект; 
• биосовместимостью. Обработка имеет важнейшее значение в медицине, так как улучшает приживаемость имплантатов и может создавать изделия, препятствующие образованию биопленок;   
• более высокой способностью к теплообмену за счет увеличения площади поверхности;
• повышенными или пониженными электрическими свойствами благодаря изменению электропроводности поверхности; 
• аэро- и гидродинамическими возможностями. В этом случае созданный лазером рисунок снижает сопротивление потоку жидкости и газа;   
• коррозионной стойкостью. Образованные микроструктуры могут иметь и защитный характер. 

Хотите получить изделия с уникальными способностями и выйти за грани возможного? Участники нашего проекта раскроют перед вами весь потенциал лазерного текстурирования металлической поверхности. Обращайтесь!  

Услуга			Стоимость, руб./кв.см
Простая шлифовка поверхности			от 10
Создание матовой поверхности			от 15
Нанесение микрорельефа			от 30
Создание сложных узоров			от 50
Гравировка логотипов и надписей			от 40
Подготовка поверхности под покраску			от 20