Mnoho běžných technologií povlakování je z různých důvodů omezeno: laserové plátování je oproti jiným procesům poměrně pomalé a do podkladového materiálu vnáší relativně vysoké teplo, žárové nástřiky jsou obecně energeticky i materiálově dosti náročné a postrádají metalurgickou pevnost a pokovovací procesy jsou nebezpečné pro životní prostředí a od září 2017 prakticky zakázané. Navíc trpí poruchami adheze a dalšími nedostatky. To extrémně vysokorychlostní laserová aplikace (EHLA) vyvinutá Fraunhoferovým ILT výrazně zmírňuje většinu nebo všechny z těchto problémů a podařilo se ji už před několika lety převést i do průmyslové praxe. Vyvinuta byla v podstatě právě ze zmíněného laserového plátování, také známého jako laserová depozice kovů (LMD) nebo řízená energetická depozice — laserový paprsek (DED-LB). Povlaky EHLA lze však nanášet na malé i velké součásti podstatně rychleji.
Jak se EHLA liší od LMD
Laserová depozice může nanášet vysoce kvalitní povlaky na součásti s použitím různých materiálů. Tento proces je však pro velké součásti příliš pomalý, a proto se pro ochranu proti korozi a opotřebení dosud používal jen sporadicky. Jeho další nevýhodou je, že vyžaduje značné vnášení tepla do součásti (povrch se lokálně roztaví, zatímco tryska směruje práškovou přísadu do svarové lázně). U konvenčního laserového plátování tedy laserový paprsek zaměřený optikou generuje lázeň taveniny na povrchu součásti, prášek se přivádí do vzniklé lázně taveniny a taví se kombinací teploty lázně taveniny a laserového záření, aby změnila formu povrchu a dodala mu potřebnou funkčnost. Jak tryska prochází substrátem, zdroj tepla se vzdaluje a nanesený materiál tuhne a konsoliduje se na substrátu se zónou zředěného materiálu (300—1 000 μm) mezi substrátem a nánosem (tzv. HAZ — heat-affected zone — tepelně ovlivněná zóna). V procesu EHLA je prášek přiváděn do linie zaostřeného laserového paprsku nad substrátem. Tím je zajištěno, že nanesený materiál je již roztavený před kontaktem se substrátem. Na substrátu se přitom stále tvoří jen velmi mělká tavenina umožňující nanesenému materiálu rychleji vychladnout a ztuhnout v kontaktu s podkladovým materiálem. Tím se sníží množství tepla, které se dostává do podkladového materiálu, a sníží se i hloubka ředění a další tepelné účinky. Malé ředění vytváří i schopnost produkovat mnohem tenčí povlaky (20—300 μm), které se více přibližují elektrochemickým procesům nanášení (5—10 μm).
Rychlost
To je také základem výrazného zrychlení procesu pokovení procesem EHLA. Zatímco laserová depozice materiálu dosahuje rychlosti posuvu 0,5—2 m/min, EHLA dosahuje rychlosti mezi 50 a 500 m/min, tedy 100× až 250× rychleji.
Kvalita a variabilita
Jak už bylo uvedeno, zavedením částic prášku do dráhy laseru se vnáší méně energie přímo do podkladové součásti nebo substrátu. Díky tomu jsou tepelné účinky laseru na mikrostrukturu součásti výrazně sníženy a riziko zkreslení minimální. Pokud jde o integritu povlaku, povlaky EHLA se mohou pochlubit více než 99,8% hustotou materiálu s extrémně nízkou mírou tvorby defektů a poréznosti. Stejně jako u laserového plátování je integrita materiálu značně závislá na kvalitě prášku a výběru procesních parametrů. Mezi povlakem a podkladem se vytvoří silná metalurgická vazba, která zajišťuje odolnost proti nárazu. Díky sníženému ředění mohou být EHLA povlaky nanášeny již v tloušťce 20—300 μm na vrstvu, přičemž každá následující vrstva je metalurgicky spojena s podkladovou vrstvou, celková dosažitelná tloušťka je neomezená. Nízké ředění také umožňuje spojovat různé materiály, i materiály, které jsou tradičně náročné na spojování nebo potahování konvenčními technikami.
Ekologičnost
EHLA je slibným kandidátem na náhradu chromování, poskytuje významnou ochranu proti korozi bez environmentálních a zdravotních rizik, které představuje šestimocný chrom. Může se také pochlubit až 95% mírou zachycení materiálu, což snižuje odpad a zlepšuje účinnost nanášeného nátěru. O snížení energetické náročnosti vůči LMD jsme se již zmínili.
Potenciál pro aditivní výrobu
Když se podíváme za hranice povlaků, EHLA nabízí některé velmi slibné přístupy v oblastech, jako je hybridní aditivní přístup k výrobě objemových prvků na stávajících, konvenčně vyráběných součástech. Tradiční výrobní techniky jsou často charakterizovány subtraktivním přístupem, který často odebere až 90 % původního materiálu. EHLA zde má co nabídnout. Například pro výrobu přírub nebo sedel těsnění konvenčními prostředky musí být polotovar obráběn na rotační hřídeli několik hodin. Výroba stejného komponentu pomocí hybridně-aditivního přístupu s EHLA trvá jen několik minut a následné soustružení je také dokončeno během několika minut. Aplikací novější technologie SMaC ze „stejné dílny“ Fraunhoferova institutu lze navíc tento proces ještě zrychlit a vylepšit (viz článek výše). /-mim/
