חיפוי לייזר פותחה בסין במשך כמעט עשר שנים והיא טכנולוגיה מתקדמת יחסית לשינוי פני משטח מתכת. טכנולוגיית חיפוי לייזר הינה שיטה המשתמשת בקרני לייזר בצפיפות אנרגיה גבוהה כדי להתיך את חומר החיפוי (אבקת מתכת) עם שכבה דקה על פני המצע ליצירת שכבת חיפוי מלוכדת מתכתית על פני המצע. לשכבת חיפוי הלייזר יש דילול נמוך אך כוח מליטה חזק והיא מחוברת מתכתית למצע, מה שיכול לשפר משמעותית את עמידות הבלאי, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בחום, עמידות חמצון או תכונות חשמליות של פני חומר המצע.
ניתן לחלק את חיפוי הלייזר להזנת אבקה בציר צד, הזנת אבקה היקפית קואקסיאלית והזנת אבקה מרכזית לפי אופן הפעולה של לייזר ואבקת חיפוי (כלומר שיטת האכלה). שלושת מצבי הזנת אבקה אלו קובעים את הקשר בין לייזר לאבקת מתכת. הבדלים בתהליך האינטראקציה. יתרה מכך, מבחינת איטרציה וקידמה טכנולוגית, ניתן לחלק את חיפוי הלייזר לחיפוי לייזר מסורתי ולחיפוי לייזר מהיר. חיפוי לייזר מהיר פותח על בסיס חיפוי לייזר מסורתי, הפותר בעיות של יעילות עיבוד נמוכה, כניסת חום גדולה ושכבת חיפוי לא אחידה ונפח גדול לאחר עיבוד של חיפוי לייזר מסורתי. שיטות האכלת האבקה המסורתיות של חיפוי לייזר הן הזנת אבקה בציר צד והזנת אבקה קואקסיאלית. טכנולוגיית חיפוי לייזר במהירות גבוהה פיתחה שיטת הזנת אבקה חדשה המבוססת על טכנולוגיית הזנת האבקה הקואקסיאלית המקורית, כלומר הזנת אבקה מרכזית. בהשוואה לשתי השיטות הראשונות, לשיטת האבקה יש יעילות גבוהה יותר וקצב ניצול אבקה גבוה יותר, מה שפותר את החסרונות הטכניים של שיטות האכלת אבקה צידיות וקואקסיאליות מסורתיות. להלן מתמקדים בעיקר בטכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה בציר צד ובטכנולוגיית חיפוי לייזר האכלת אבקה קואקסיאלית. בואו נדבר על ההבדלים, היתרונות והחסרונות של שתי הטכנולוגיות הללו.

1. טכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה צידית

טכנולוגיית האכלת אבקה בציר צד נקראת גם טכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה לרוחב. הכוונה היא לשיטת הזנת אבקה שבה מכשיר העברת האבקה וקרן הלייזר מופרדים ובלתי תלויים זה בזה. בדרך כלל, נעשה שימוש בצינור הזנת אבקה חיצוני. צינור הזנת האבקה ממוקם מול כיוון עיבוד הלייזר. אבקת המתכת נצברת על פני המצע מראש בפעולת הכבידה, ולאחר מכן קרן הלייזר האחורית סורקת את האבקה שהופקדה מראש להשלמת תהליך חיפוי הלייזר.

בייצור בפועל, לפיית האבקה של מזין האבקה וראש הלייזר יש מיקומים וזוויות קבועים יחסית. יחד עם זאת, חיפוי לייזר בציר צד נשען לחלוטין על פעולת הכבידה, ולא ניתן להפעיל גז מגן על מנת למנוע את התפוצצות אבקת החיפוי שנקבעה מראש על המצע, מה שמפחית את ניצול האבקה ויעילות החיפוי. הלייזר להזנת אבקה בציר הטווח משתמש בדרך כלל בלייזר פלט ישיר מוליכים למחצה או בלייזר פלט סיבים מוליכים למחצה ומזין אבקת כבידה. ראש החיפוי מאמץ נקודת אור מלבנית ופתרון הזנת אבקת פס רחב בטווח ציר.

<1>חסרונות של טכנולוגיית הזנת אבקת גל צד

1. מבחר אבקת המתכת מוגבל
בשל היעדר גז מגן, הבריכה המותכת בלייזר יכולה לסמוך על הסיגים רק כאשר אבקת החיפוי מומסת כדי להגן על עצמה. לכן, בייצור תעשייתי נוכחי, מערכות הזנת אבקת גל צד משתמשות בעיקר באבקת סגסוגת שוטפת עצמית. אבקת החיפוי מסתמכת על אפקט הסיגים של אלמנטים כגון B ו-Si כדי לייצר הגנה עצמית על פני הבריכה המותכת.
2. לפני השטח של שכבת החיפוי יש תנודות גדולות
הזנת האבקה בציר הצד מאמצת את שיטת האכלת האבקה המוגדרת מראש. לאחר החיפוי, תעלות ההיתוך על פני שכבת החיפוי ברורות מאוד והתעלות גדולות ולא אחידות. לאחר השלמת החיפוי נדרשת סיבוב, ליטוש והשחזה מתאימים, ועלות העיבוד גבוהה.
3. משטח העיבוד מוגבל
מכיוון שהזנת האבקה בציר הצד היא הזנת כוח הכבידה, היא אינה מתאימה לשימוש על חלקי עבודה משופעים, ואינה מתאימה לחיפוי חורים פנימיים, וטווח היישום שלה מוגבל.
​
<2> היתרונות של טכנולוגיית הזנת אבקת גל צד

1. שיעור ניצול גבוה של אבקת מתכת
בהשוואה להזנת אבקה קואקסיאלית, שיעור ניצול החומר של טכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה בציר צד יכול להגיע ליותר מ-95%. האבקה של טכנולוגיית חיפוי לייזר הזנת אבקה קואקסיאלית מועפת לתוך בריכת הלייזר המותכת באמצעות גז אינרטי. במהלך תהליך זה, עקב התנגשות בין אבקות, התזת הבריכה המותכת ודיוק תעלת הזנת האבקה, חלק ניכר מאבקת המתכת לא יכול להיות. שכבת החיפוי נוצרת ומתבזבזת, מה שגורם לקצב ניצול החומרים שלה להיות רק כ-50%-80% (ככל שהנקודה קטנה יותר, שיעור ניצול החומר נמוך יותר). חיפוי הלייזר מזין אבקה בציר הצד יכול להשיג קצב ניצול חומרים גבוה מאוד ולחסוך בעלויות חומר רבות על ידי מיקום מראש של האבקה על פני השטח של חומר העבודה ולאחר מכן סריקה והקרנה של קרן הלייזר כדי להמיס אותה.
2. יעילות החיפוי גבוהה יחסית
מכיוון שטכנולוגיית חיפוי הלייזר להזנת אבקה בציר הצד מאמצת סכמת ספוט מלבנית, תוך הבטחה שצפיפות האנרגיה של הנקודה בכיוון החיפוי נשארת ללא שינוי, ניתן להגדיל את כוח הלייזר ורוחב הנקודה, מה שמשפר מאוד את יעילות החיפוי. כיום, בייצור בפועל, הרוחב של מעבר חיפוי בודד יכול להגיע ליותר מ-30 מ"מ, ומהירות קו החיפוי יכולה להגיע ל-1.0 מ"ש.
3. אין צריכת גז אינרטי ועלות נמוכה
מצד אחד, טכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה בציר צד משתמשת בדרך כלל בהזנת אבקת כבידה, שאינה מצריכה צריכת גז אינרטי; מצד שני, עקב השימוש בהזנת אבקה מוגדרת מראש, זרימת האוויר תשפיע על הקביעה וההצטברות של האבקה, כך שראש החיפוי אינו מתפקד בהגנה על גז אינרטי. לכן, טכנולוגיית חיפוי הלייזר להזנת אבקה בציר הצד אינה צריכה לצרוך גזים אחרים מלבד אוויר דחוס. מנקודת מבט של עלות, זה חוסך יותר עלויות גז אינרטי; מנקודת מבט טכנית, לטכנולוגיה זו יש דרישות מסוימות לעמידות חמצון של חומרי אבקה, מה שמגביל את תחומי היישום שלה.
4. היקף היישום
בשל היעילות הגבוהה והעלות הנמוכה שלה, טכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה בציר צד משמשת בדרך כלל בחיפוי פני השטח ובייצור מחדש של חלקים בעלי שטחים גדולים וצורות פשוטות כגון צילינדרים הידראוליים ורולים.

2. טכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה קואקסיאלית

טכנולוגיית הזנת אבקה קואקסיאלית פירושה שהלייזר (נקודת אור מעגלית) מופק ממרכז ראש החיפוי, ואבקת המתכת מופצת בטבעת או בקרנות מרובות מסביב ללייזר. ראש החיפוי מצויד בתעלות גז מגן מיוחדות, תעלות אבקת מתכת ותעלות מי קירור. במהלך עבודת החיפוי, קורות מרובות של אבקת מתכת ולייזר מצטלבות בנקודה מחוץ לראש החיפוי. עבור חיפוי לייזר מסורתי, נקודת החיתוך מוגדרת בדרך כלל מעל בריכת הלייזר המותכת, כלומר, הלייזר ואבקת המתכת מתקשרות על פני המצע, ואבקת המתכת והמצע נמסים תחת פעולת הלייזר בו-זמנית , יצירת שכבת חיפוי על פני חומר העבודה.

כאשר טכנולוגיה זו מיושמת על חיפוי לייזר במהירות גבוהה, נקודת החיתוך של אבקת המתכת והלייזר נדרשת להיות ממוקמת בחלל שמעל לפני השטח של חומר העבודה. כלומר, אבקת המתכת נופלת לתוך הבריכה המותכת על פני השטח של חומר העבודה לאחר קליטה מלאה של אנרגיית הלייזר והופכת למצב מותך או מותך למחצה. על פני המצע נוצרת שכבת חיפוי צפופה וחלקה. לייזרים להזנת אבקה קואקסיאלית משתמשים בדרך כלל בלייזרי פלט סיבים מוליכים למחצה או בלייזרי סיבים, ומזיני האבקה משתמשים במזיני אבקה מוטסים מסוג דיסק.

<1> חסרונות של טכנולוגיית הזנת אבקה קואקסיאלית

1. שיעור ניצול נמוך של אבקת מתכת
טכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה קואקסיאלית משתמשת בהזנת אבקה פניאומטית. הגז האינרטי מסייע בפלט של אבקת מתכת ומוזרם לתוך בריכת הלייזר המותכת. התנגשויות בין אבקות מתכת בפעולת הגז, התזה בבריכה המותכת וחלק ניכר מאבקת מתכת אינם יכולים לספוג התכת לייזר ומתבזבזים. לכן, ביישומים מעשיים, שיעור ניצול האבקה הוא רק כ-50%-70%, וככל שמהירות הפלט של האבקה מהירה יותר, כך קצב ניצול האבקה נמוך יותר.
2. קל לחסום אבקה ועלות תחזוקה גבוהה
בשיטת הזנת אבקת הטבעת או אבקת רב-קרן, ערוץ האכלת האבקה צר, ויש לחלק את האבקה באופן שווה. עקב כוח הכבידה או השפעת תנודות זרימת האוויר, תתרחש חלוקת אבקה לא אחידה, ותעלת יציאת האבקה תיחסם בקלות, מה שמשפיע על המשכיות פעולות הייצור. במקרים חמורים יש להחליף את הזרבובית ועלות התחזוקה גבוהה.
3. בטיחות ויציבות לקויים
ראש החיפוי להזנת אבקה קואקסיאלית משתמש בלייזר פלט מרכזי. נתיב האבקה שמסביב, נתיב הגז ומבנה נתיב המים מורכבים. אפקט הקירור של ראש החיפוי גרוע. טמפרטורת ראש החיפוי תהיה גבוהה מדי בעבודה ממושכת, מה שיגרום להידבקות האבקה הניתזת.

<2> יתרונות טכנולוגיית הזנת אבקה קואקסיאלית

1. משטח החיפוי חלק יחסית
בהשוואה להזנת אבקת הגל הצדדי, משטח האכלת האבקה הקואקסיאלית שטוח יחסית, תהליך העיבוד שלאחר העיבוד פשוט ונפח העיבוד קטן.
2. עיצוב משולב של הזנת אבקה ולייזר, דרגת חופש גבוהה ושילוב אוטומציה קל
הזנת אבקה קואקסיאלית היא הזנת אבקה פניאומטית, אשר יכולה לקבל שכבות חיפוי באותה איכות בזוויות שונות ובכל כיוון. מכיוון שהוא יכול לעבור לכל תכנית במהלך החיפוי, הוא יכול לקבל שכבות חיפוי בעלות אותו מראה ובאותה איכות, ולכן החיפוי שלו אין הגבלות על כיוון הציפוי. בעזרת רובוטים תעשייתיים או כלי תנועה רב צירים, ניתן לבצע חיפוי משטח של חלקים מכל צורה או צורה. זה יכול לשמש גם להזנת אבקה קואקסיאלית בלייזר להדפסת תלת מימד.
3. אפקט ההגנה על גז אינרטי של הבריכה המותכת הוא טוב
הזנת האבקה הקואקסיאלית מאמצת את שיטת האכלת האבקה הנישאת באוויר, ותעלת זרימת גז אינרטית מיוחדת מסופקת על ראש החיפוי. במהלך תהליך החיפוי, הבריכה המותכת נמצאת תמיד באווירת גז אינרטי טובה, מה שמפחית מאוד את החמצון של הבריכה המותכת ושכבת החיפוי. , יש פחות תכלילי תחמוצת בשכבת החיפוי, הבריכה המותכת קטנה, האבקה מחוממת באופן שווה, ושכבת החיפוי בעלת עמידות טובה בפני סדקים.
4. הבריכה המותכת קטנה, האבקה מחוממת באופן שווה, ושכבת החיפוי בעלת עמידות טובה בפני סדקים.
גודל הנקודה של חיפוי לייזר מזין אבקה קואקסיאלי הוא בדרך כלל Φ1-Φ5 מ"מ. האבקה והקורה נמצאים במגע אחיד, והעברת החום בתהליך החיפוי אחידה יותר, כך שלשכבת החיפוי עמידות טובה בפני סדקים. במיוחד לחיפוי חומרים המכילים חלקיקים קרמיים כמו טונגסטן קרביד, מתאים להכנת ציפוי ללא סדקים וטונגסטן קרביד בפיזור אחיד.
5. חדירה קטנה והזנת חום נמוכה
בשל קוטר הנקודה הקטן והמהירות הלינארית הגבוהה של החיפוי של חיפוי לייזר הזנת אבקה קואקסיאלית, בהשוואה לחיפוי לייזר הזנת אבקה צדדית רחבה וריתוך קשת, קלט החום של החיפוי נמוך, עם קצב דילול מתון והשפעה תרמית קטנה יותר. עומק אזור, ביצועי חיפוי מצוינים והשפעה מועטה על תכונות חומר הבסיס.
6. היקף היישום
בשל המאפיינים שלעיל של טכנולוגיית חיפוי לייזר להזנת אבקה קואקסיאלית, הוא משמש בדרך כלל בשינוי חיפוי פני השטח וייצור מחדש של חלקים בעלי דיוק גבוה וחלקים בעלי צורה מורכבת כגון צירים, גלגלי שיניים ותיבות. במקביל, הדפסת מתכת תלת מימדית המבוססת על טכנולוגיית חיפוי לייזר הזנת אבקה קואקסיאלית משמשת בעיקר להיווצרות כמעט נטו של חלקים גדולים ולהכנת חומרי שיפוע.