Tytuł: Świat Obrabiarek i Narzędzi
Ogólnopolskie Czasopismo Techniczne
GB: The World of Machine Tools & Tools
Częstotliwość: dwumiesięcznik
Nakład: 2000-3000 egz.
Rok założenia: 2006

ISSN: 2353-5555

 

Informacje prasowe

 

IV Konferencja Polerowania Laserowego - LaP 2020

2020-12-11

Około 70 ekspertów zalogowało się we wrześniu 2020 r.: Uczestnicy z USA, Kanady, Chin, Europy i innych części świata wzięli udział w „IV Konferencji Polerowania Laserowego - LaP 2020”, która odbyła się praktycznie po raz pierwszy.

 

IV Konferencja Polerowania Laserowego - LaP 2020

Wydarzenie zorganizowane przez Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT w Akwizgranie dotyczyło laserowego gratowania i polerowania - ekscytującej podróży między innymi do drgających laserów, szybkiego monitorowania ze wsparciem sztucznej inteligencji i dziewięciu osi jednoczesnego przetwarzania.

Wirtualna premiera w cesarskim mieście 

W 2014 roku Fraunhofer ILT zainaugurował pierwszą „Konferencję polerowania laserowego - LaP” w celu wymiany wyników badań na arenie międzynarodowej. Pod kierownictwem dr Edgara Willenborga, szefa zespołu badawczego Fraunhofer ILT ds. Polerowania laserowego i gratowania, konferencja stała się od tamtej pory popularnym anglojęzycznym miejscem spotkań ekspertów z całego świata.

Prezentacje na pierwszej konferencji online rozpoczął dr André Temmler, asystent naukowy na Wydziale Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie. Były kierownik projektu Fraunhofer ILT pokazał szybkie obrazy przetapiania laserowego w doskonałej jakości i zademonstrował nowy hybrydowy proces laserowy do strukturyzacji stopu. W tym procesie laser CW (ognisko: 560 μm) generuje jeziorko stopu, a drugi laser impulsowy (ognisko: 17 μm) odparowuje i deformuje powierzchnię jeziorka stopu poprzez ciśnienie pary. Raporty Temmlera na temat eksperymentów ze standardowym procesem również były ekscytujące: skupił się na polerowaniu laserowym stali narzędziowej H11. W warunkach laboratoryjnych możliwa jest zatem chropowatość Ra 0,05 μm. Kluczem do tego jest właściwy dobór zarówno parametrów procesu, jak i gazu ochronnego.


Kuliste elementy polerowane laserowo 
wykonane z BK7.  © Fraunhofer ILT.


Narzędzie polerowane laserowo. © Fraunhofer ILT.


Obrabiarka do polerowania laserowego. © Fraunhofer ILT.

Przetapianie laserowe optymalizuje wiązanie światła

Dr Evgueni V. Bordatchev, lider zespołu National Research Council of Canada w Londynie (Ontario), wyjaśnił, jak skomplikowane struktury powierzchni form do reflektorów PMMA można specjalnie dostosować za pomocą lasera. Wspólny projekt niemiecko-kanadyjski zmodyfikował proces przetapiania laserowego jako alternatywę dla poprzedniego procesu strukturyzowania przy użyciu narzędzi diamentowych. Wraz z Fraunhofer ILT i RWTH Aachen University, kanadyjskiemu instytutowi udało się skonstruować wkłady formujące wykonane z 1.2343 za pomocą lasera 100 W w taki sposób, aby osiągnąć wystarczająco jednorodny rozkład światła i skuteczność odsprzęgania. 

Polerowanie laserowe powierzchni metalowych wstępnie obrobionych narzędziami diamentowymi i ultraprecyzyjnymi zostało wykonane przez dr Hemmo Touvinena z Uniwersytetu Nauk Stosowanych Północnej Karelii w Joensuu, Finlandia (Uniwersytet Wschodniej Finlandii). W swoich badaniach nad osadzonym chemicznie niklem wykazał, że okresowe struktury powodowane przez narzędzia diamentowe można najlepiej usunąć za pomocą laserów Nd: YAG (1064 nm) przy czasie trwania impulsu 7 ns. Jednak chropowatość powierzchni wzrosła do 40 nm.

Laserowe polerowanie szkła 

Hybrydowy proces wytwarzania soczewek optycznych przedstawił między innymi Manuel Jung, członek zespołu Willenborg w Fraunhofer ILT. W ramach projektu HyoptO i wspólnie z Uniwersytetem Technicznym w Deggendorf inżynierowie z Akwizgranu przeanalizowali, w jaki sposób można zoptymalizować koszty i czas produkcji szklanych elementów optycznych.

Proces składa się ze wstępnego szlifowania, polerowania laserowego i końcowego mechanicznego polerowania korekcyjnego. Zastosowano laser CO2-CW (długość fali: 10600 nm, 1 kW). Polerowanie laserowe (10 s dla soczewki o średnicy 30 mm) znacznie skróciło czas potrzebny do końcowego polerowania mechanicznego. Wyniki są imponujące, ponieważ proces hybrydowy skrócił już czas przetwarzania standardowych soczewek wykonanych z borokrzemianowego szkła koronowego (NBK7) o 29 procent, a ze stopionej krzemionki optycznej o 63 procent.


Asferyczna soczewka ze szkła polerowana laserowo. © Fraunhofer ILT.

Shenzhen Institute of Information Technology z Chin również opracował korzystną formę technologii hybrydowej. Naukowiec dr Bowei Luo poinformował o zastosowaniu stałego pola magnetycznego w laserowym polerowaniu stali narzędziowej. Bez pola magnetycznego laser półprzewodnikowy z przełączaniem Q - o mocy 400 W i wiązce laserowej o maksymalnej szerokości 0,54 mm - osiągnął chropowatość Ra 0,514 μm, która znacznie się poprawiła do 0,168 μm przy strumieniu magnetycznym gęstość 0,4 T. Testy wykazały, że efekt polerowania poprawia się już przy znacznie słabszych polach magnetycznych, ale gęstość strumienia 0,4 T wydaje się być optymalna. Wyższe wartości nie przyniosły jeszcze lepszych wyników. 

Laser „kołyszący”: chropowatość zmniejsza się o ponad 60 procent 

University of Wisconsin-Madison oraz Bremen Institute for Applied Beam Technology BIAS wykorzystują drgania wiązki lasera. Amerykański naukowiec Patrick J. Faue przedstawił zastosowanie trochoidalnego polerowania laserowego, w którym ruchy spiralne i okrężne nakładają się, powodując w ten sposób praktycznie chybotanie wiązki. Laser światłowodowy o maksymalnej mocy 30 W (długość fali: 1070 nm, średnica ogniska lasera: 150 μm) polerowana stal nierdzewna 316L z posuwem 30 mm / s. Zespół niemiecko-amerykański zbadał, jak trzy różnie drgające wiązki (zakres: 1 do 15 μm) wpływają na wyniki. Co ciekawe, wszystkie trzy rodzaje chybotania zmniejszyły chropowatość Ra o ponad 60 procent. Jednak artefakty procesu występują, na przykład w postaci falistości powierzchni. Wzrost liczby komponentów wytwarzanych metodą przyrostową wpłynął również na treść LaP 2020. Profesor Yingchun Guan z Uniwersytetu Beihang w Pekinie przedstawił metody polerowania laserowego metalowych elementów drukowanych w 3D wykonanych przy użyciu lasera proszkowego LPBF, laserowego procesu drukowania 3D w podłożu w proszku. Instytut uzyskał pozytywne wyniki m.in. ze stopami tytanu i niklu (Inconel 718), których chropowatość Ra można było zredukować z ponad 10 µm do mniej niż 0,1 µm. Elementy turbiny, tzw. Łopatki, polerowano z dużą wydajnością (od 100 do 400 cm² / h). Polerowanie zwiększyło twardość i odporność na zużycie o 25 do 40 procent.

Zmniejszenie porowatości metalowej części drukowanej w 3D 

Lucas-Hermann Beste, naukowiec z Bremen Institute for Applied Beam Technology BIAS, we współpracy z University of Wisconsin-Madison, USA, zbadał, w jaki sposób można zmniejszyć porowatość warstw przy powierzchni elementów LPBF za pomocą polerowania laserowego. Eksperyment ze stopem kobaltowo-chromowym (CoCr), materiałem często używanym w technologii medycznej, pokazał, jak skuteczne może to być. W atmosferze gazu obojętnego argonu, laser na ciele stałym o mocy 35 W z przełączaniem Q (1080 nm) wypolerował małą kostkę CoCr za pomocą wiązki laserowej 120 μm przy prędkości posuwu 120 do 200 mm / s. Porowatość można zmniejszyć nawet o 63 procent, a chropowatość Sa o około 75 procent do średnio 2 μm.

Narzędzia i formy są szczególnie wymagającymi komponentami, ponieważ polerowanie ma kluczowe znaczenie dla jakości i wyglądu wykonanych z nich produktów. Ponieważ wykazują tak wymagającą geometrię, Laura Kreinest, członek personelu Katedry Cyfrowej Produkcji Dodatkowej DAP na Uniwersytecie RWTH w Akwizgranie, wyjaśniła, jak można dostosować proces laserowy do często bardzo nierównych ścieżek przetwarzania. Pokazała to używając formy wykonanej z GGG40 i używanej do tworzenia szklanych flakonów. Rozważano trzy strategie procesu: polerowanie laserowe z obróbką 5 + 3, 8 lub 9-osiową. W przypadku skomplikowanych geometrii 9-osiowa obróbka symultaniczna jest szczególnie korzystna, ponieważ ścieżki CAM-NC można zaplanować we współrzędnych obrabianego przedmiotu. Użycie łańcucha danych CAM-NC (np.Powermill, Technology Processor TP4, LasPC) opracowanego przez Fraunhofer ILT sprawdziło się. Polerowanie laserowe zostało zademonstrowane na maszynie firmy Maschinenfabrik ARNOLD w Ravensburgu, maszynie przeznaczonej do elementów o wadze do 100 kg i maksymalnej średnicy 450 mm.


Wypolerowana laserowo część ruchoma suwaka do odlewania ciśnieniowego. © Fraunhofer ILT.

Jakość procesu polerowania laserowego można zwiększyć, biorąc pod uwagę dużą liczbę parametrów wpływających, jeśli monitoruje się niezawodność procesu: Jack Anthony Beyfuss, profesor nadzwyczajny i dyrektor Research University of Western Ontario, London (Kanada) polega na monitorowaniu termograficznym w czasie rzeczywistym i oprogramowaniu AI. Wykorzystał system kamer Tachyon MWIR do rejestrowania działania laserów polerskich (od 5 do 35 W) przy 3000 klatek na sekundę (64x64 piksele); w ten sposób mógłby wykorzystać analizę MATLAB do zredukowania ogromnej ilości danych generowanych przez oprogramowanie, między innymi w celu efektywnego dalszego przetwarzania danych. Według Beyfussa analiza rozpoznawania wzorców wykazała, że umożliwia ona użytkownikowi wybór najbardziej odpowiednich cech informacyjnych. Zamknął pętlę sterowania programem AI, który działa na zasadzie uczenia maszynowego w połączeniu z siecią bayesowską.

Podsumowując: udana premiera online 

Inicjator i moderator Willenborg z Fraunhofer ILT był zadowolony z wyniku: „LaP Number Four musiał być wirtualny, ale ta premiera wyszła idealnie. Nie mogę się doczekać ponownego spotkania z międzynarodową społecznością polerowania laserowego na piątym LaP, który, miejmy nadzieję, odbędzie się ponownie na żywo w Akwizgranie w 2022 r. ”.

Autor: Nikolaus Fecht w imieniu Fraunhofer ILT

 

 

Źródło: Fraunhofer ILT

 

Archiwum:         


 
Strona wykorzystuje cookie w celach reklamowych i statystycznych oraz w celu dostosowania naszej oferty do potrzeb użytkowników. Korzystając ze strony zgadzasz się na ich zapisywanie w pamięci urządzenia zgodnie z ustawieniami przeglądarki. Więcej informacji znajdziesz w naszej polityce prywatności.