Laser-ondersteunde bewerking (LAM) is een technologie die zich snel ontwikkelt en steeds belangrijker wordt in de bewerking van moeilijk te snijden legeringen. De toepassing van lasers in de bewerkingsprocessen biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditionele methoden, vooral bij het verwerken van complexe materialen die anders moeilijk te bewerken zijn, zoals luchtvaartlegeringen, titanium en superlegeringen. De belangrijkste kracht van LAM ligt in het gebruik van laserstralen voor het verhitten van het materiaal, wat resulteert in verscheidene verbeteringen in het bewerkingsproces.

Bij LAM wordt de laserstraal gericht op het werkstuk om het materiaal lokaal te verhitten tot temperaturen waarbij het materiaal zachter wordt en gemakkelijker kan worden bewerkt. Dit verhoogt de bewerkbaarheid van moeilijk te snijden materialen aanzienlijk. De verhitting door de laser maakt het mogelijk om lagere snijkrachten toe te passen, wat de slijtage van de gereedschappen vermindert en de levensduur van de gereedschappen verlengt. Bovendien wordt de snijkwaliteit verbeterd, met gladder afgewerkte oppervlakken dan bij traditionele bewerkingsmethoden.

Deze technologie heeft zich bewezen in diverse toepassingen, waaronder het frezen, draaien, boren en zelfs additieve productie. De laserstralen kunnen worden ingezet voor verschillende processen, zoals het versmelten van oppervlakken, het boren van gaten, of het verbeteren van de hechting van coatings op legeringen. De toepassing van laser-ondersteunde bewerking heeft al geleid tot aanzienlijke vooruitgangen in de luchtvaartindustrie, waar de vraag naar precisiebewerking van hoogwaardige metalen constant toeneemt.

Laserstralen kunnen ook interactie hebben met het materiaal op subatomair niveau, waardoor er veranderingen optreden in de fysische en chemische eigenschappen van het oppervlak. In sommige gevallen wordt gebruik gemaakt van laser-geïnduceerde oxidatie om de machinabiliteit te verbeteren, wat vooral voordelig is bij het werken met harde materialen zoals Inconel en titanium. Door de laser te combineren met andere koeltechnieken, zoals cryogene koeling of nanovloeistof smeermiddelen, kunnen de voordelen verder worden vergroot, wat leidt tot nog betere resultaten.

De voordelen van LAM zijn niet beperkt tot alleen de machinabiliteit en gereedschapslevensduur. Laser-ondersteunde bewerking draagt ook bij aan een verhoogde efficiëntie van het productieproces. De verminderde snijkrachten en de verhoogde gereedschapslevensduur zorgen ervoor dat de totale kosten van het productieproces dalen. Dit is vooral belangrijk voor de productie van complexe componenten die strikte toleranties vereisen, zoals in de luchtvaart- en auto-industrie.

Het is ook van belang te begrijpen dat de toepassing van lasers in de bewerking van materialen niet zonder uitdagingen is. Er zijn technische aspecten die moeten worden gemanaged, zoals de juiste afstemming van de laserinstellingen (zoals vermogen, focus en duur van de blootstelling) om het gewenste effect op het materiaal te bereiken. Daarnaast is er de noodzaak voor geavanceerde koelsystemen, omdat de laserstralen aanzienlijke hoeveelheden warmte genereren die, indien niet goed beheerd, het werkstuk kunnen beschadigen.

Wat nog belangrijker is om te begrijpen, is dat de toepassing van laser-ondersteunde bewerking een diepgaande invloed heeft op de manier waarop we productieprocessen in de toekomst kunnen inrichten. Het biedt niet alleen verbeterde prestaties in termen van materiaalverwerking en gereedschapslevensduur, maar opent ook nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van duurzame productietechnieken. De efficiënte energieverbruik, de lagere belasting op gereedschappen en de mogelijkheid om moeilijk te bewerken materialen effectief te verwerken, maken LAM tot een aantrekkelijke optie voor verschillende industrieën.

De continue vooruitgang in lasertechnologie zal ongetwijfeld de efficiëntie en precisie van productieprocessen verder verbeteren. Het zal bedrijven in staat stellen om nog meer complexe onderdelen te vervaardigen, waarbij zowel de productiekosten als de ecologische impact worden verlaagd.

Welke factoren beïnvloeden de oppervlakte- en subsurface-eigenschappen van Ti-6Al-4V tijdens verschillende bewerkingsmethoden?

Bij het bewerken van Ti-6Al-4V legeringen worden diverse methoden toegepast om de oppervlaktekwaliteit te verbeteren en de mechanische eigenschappen van het materiaal te optimaliseren. Het is van cruciaal belang om de invloed van de gebruikte bewerkingsparameters te begrijpen, zoals voedsnelheid, spindelsnelheid en de gebruikte hulpgereedschappen, aangezien deze de oppervlakte- en subsurface-eigenschappen aanzienlijk beïnvloeden.

De verschillende bewerkingsmethoden, zoals conventioneel frezen (CM), ultrasoon frezen (USM), elektrische vonkverspanen (EDAM) en de hybride techniek van ultrasoon elektrisch vonkverspanen (US-EDAM), hebben elk specifieke effecten op de oppervlakteruwheid en de materiaaleigenschappen van de werkstukken. De elementaire samenstelling van het bewerkte oppervlak varieert afhankelijk van de toegepaste techniek. In het geval van CM en USM zijn de primaire elementen op het oppervlak Ti, V, Al en C, waarbij C vooral afkomstig is van het dielectrische medium. Bij USM is het koolstofgehalte echter hoger dan bij CM, wat te wijten is aan het onderbroken snijproces, dat zorgt voor een betere koeling van het snijmiddel en een intensieve penetratie in het werkstukoppervlak. Daarentegen omvatten de bewerkte oppervlakken onder EDAM en US-EDAM voornamelijk Ti, Al, C en Cu, waarbij Cu een bijproduct is van het EDM-geassisteerde proces, veroorzaakt door de vonkaflevering tussen de elektrode en het werkstuk. Het kopergehalte op het oppervlak bewerkt met US-EDAM is hoger dan bij EDAM, wat aangeeft dat de EDM-assistentie in US-EDAM intenser is.

De invloed van de bewerkingsmethode op de oppervlakteruwheid is aanzienlijk. CM leidt tot de grootste ruwheid, gevolgd door USM, EDAM en US-EDAM. Het lagere ruwheidsniveau bij USM ten opzichte van CM kan worden toegeschreven aan de effectieve vermindering van de snijkracht door de ultrasone assistentie, wat een positief effect heeft op de oppervlaktekwaliteit. Echter, bij een hogere voedsnelheid van 10 μm/tand is de oppervlakteruwheid na USM lichtjes groter dan die van CM, mogelijk vanwege de verhoogde kleverigheid van het oppervlak onder deze bewerkingsparameters.

Het EDAM-principe draait om het verzachten van het oppervlak door middel van EDM, waardoor de snijkracht en het snijwarmte tijdens het frezen worden verminderd en de oppervlaktekwaliteit verbetert. De hybride US-EDAM methode combineert de voordelen van zowel ultrasone als EDM-technieken, wat resulteert in een relatief betere oppervlaktekwaliteit na bewerking. De oppervlaktekwaliteit is echter sterk afhankelijk van de voedsnelheid. Wanneer de voedsnelheid verhoogt, neemt de oppervlakteruwheid bij alle bewerkingsmethoden toe door een toename in de snijkracht en snijwarmte, veroorzaakt door de verhoogde wrijving bij hogere voedsnelheden. Dit vermindert de effectiviteit van de vonk- en vibratie-assistentie. Het is belangrijk te vermelden dat bij een lage voedsnelheid van 5 μm/tand de voordelen van de gecombineerde bewerkingsmethoden duidelijker naar voren komen, met name bij de vergeleken met conventioneel frezen.

Restspanning in werkstukken heeft een aanzienlijke invloed op de vermoeiingslevensduur en speelt een cruciale rol bij de beoordeling van de oppervlakte-integriteit. Onderzoek naar de textuur van een monster heeft aangetoond dat de kristallijne textuur geen invloed heeft op de restspanningswaarden. De analyse van de restspanningen na verschillende bewerkingsmethoden toont aan dat bij lage voedsnelheden de restspanning als compressieve spanning (negatieve waarde) optreedt, terwijl bij hogere voedsnelheden een verschuiving naar residuele trekspanningen (positieve waarde) wordt waargenomen. Dit komt door de mechanische en thermische effecten tijdens het frezen, waarbij hogere voedsnelheden leiden tot hogere snijtemperaturen en daarmee residuele trekspanningen op het werkstukoppervlak.

Bij een voedsnelheid van 15 μm/tand genereert CM residuele trekspanningen, terwijl USM, EDAM en US-EDAM compressieve restspanningen vertonen. De kleinere spanen die worden geproduceerd door de ultrasone trillingsintermitterende bewerkingsmethode bij USM helpen de warmte snel af te voeren. In EDAM en US-EDAM draagt de verminderde snijkracht door EDM en de ultrasone assistentie bij aan het behoud van compressieve spanningen op het oppervlak.

De invloed van de verschillende bewerkingsparameters op de subsurface plastische vervorming werd grondig onderzocht met behulp van optische microscopie bij hoge vermogensinstellingen. Binnen de bewerkte subsurface werden duidelijke β-Ti korrelstromen geïdentificeerd, die werden gemarkeerd door zwarte stippellijnen. De subsurface van het materiaal werd systematisch gecategoriseerd in drie regio’s: de witte laag, de plastische vervormingszone en de matrixmaterialen. De witte laag, die zich nabij het bewerkte oppervlak bevindt, vertoont een dunne dikte en vormt zich wanneer de bewerkingstemperatuur de smelttemperatuur van de Ti-6Al-4V legering overschrijdt. De plastische vervormingszone omvat de korrels die aanzienlijke plastische vervorming ondergaan door de intensieve snijkrachten. De richting van de korrelvervorming volgt de snijrichting en toont de impact van het bewerkingsproces op de interne microstructuur van het materiaal.

Het bepalen van de dikte van de plastische vervormingslaag is essentieel voor de evaluatie van de bewerkingskwaliteit en wordt meestal uitgevoerd door gedetailleerde scanning electron microscopy (SEM) beelden. Deze beelden bieden waardevolle inzichten in de mate en aard van de plastische vervorming die door de bewerkingsparameters wordt geïnduceerd. Bij de vergelijking van de verschillende bewerkingsmethoden is te zien dat de plastische vervorming na CM het ernstigst is, gevolgd door USM, EDAM en US-EDAM. Dit komt doordat USM de snijkracht vermindert door de trillingshulp, wat de mechanische en thermische belasting ten opzichte van CM effectief vermindert.

In EDAM wordt de oppervlaktestructuur verzacht door EDM, waardoor de snijkracht afneemt en het plastische oppervlak dunner is dan bij conventioneel frezen. US-EDAM maakt gebruik van een innovatieve aanpak door de voordelen van zowel ultrasone als EDM-technieken te combineren, wat resulteert in een aanzienlijk verminderde plastische vervorming op het oppervlak en de subsurface.

Hoe het valse cheque-incident zich ontvouwde: De rol van een manische handtekenaar
Waarom de Kleine Dingen van Groot Belang Zijn in het Leven
Hoe wordt de tijdsevolutie van de golffunctie berekend en welke technieken worden gebruikt voor het berekenen van het IR-spectrum?
Hoe het dagelijkse leven en de keuzes van het vervoer invloed hebben op het welzijn en de productiviteit