ترسيب المعادن بالليزر

تعتمد أبسط تقنيات الترسيب بالليزر على مساحيق موضوعة مسبقًا. تُوضع مادة التغذية المسحوقة على السطح أو الركيزة، ثم يُسلط عليها شعاع ليزر مركز، مما يؤدي إلى انصهارها ودمجها مع الركيزة. عادةً ما يُستخدم غاز خامل واقٍ للحد من الأكسدة حول منطقة الانصهار. تشبه هذه العملية عملية الصهر الانتقائي بالليزر ، التي تتضمن عملية منهجية طبقة تلو الأخرى لبناء جسم ما عن طريق الصهر الانتقائي بالليزر داخل طبقة من المسحوق.

في تقنية الترسيب بالليزر التقليدية باستخدام مسحوق المعادن، تُستخدم فوهة أو فوهات لرش المسحوق، بالإضافة إلى مصدر ليزر مركّز. يُركّز الليزر على الركيزة لتشكيل حوض انصهار. في الوقت نفسه، يُرش المسحوق من الفوهة على شكل نفث، موجهًا المادة إلى حوض الانصهار حيث تنصهر. ومع ابتعاد مصدر الليزر، يتبعه حوض الانصهار، وتتصلب المادة في الموقع السابق. تُنجز هذه العملية عادةً باستخدام رأس تغليف ليزري ، يدمج فوهات رش المسحوق وبصريات الليزر في وحدة واحدة، مع تركيز كليهما على موقع هدف واحد. يمكن أن يختلف حجم ومساحة حوض الانصهار ونفث المسحوق اختلافًا كبيرًا، وقد يتخذان شكل بقعة أو خط، حسب التطبيق المستهدف. أما في تقنية الترسيب بالليزر باستخدام مسحوق المعادن، فيُستخدم عادةً غاز واقٍ لتقليل الأكسدة. كما أن الغاز الحامل المستخدم لتوصيل المسحوق هو أيضًا غاز واقٍ في العادة. يمكن استخدام عملية LMD بعدة طرق، مثل المسح الضوئي على سطح واسع لتكوين طبقة رقيقة ( < 1 مم ) (تسمى عادةً التكسية بالليزر ^{[ 6 ] [ 7 ]} ) أو عن طريق المسح الضوئي على منطقة معينة كعملية تصنيع إضافية لبناء الأجسام ثلاثية الأبعاد طبقة تلو الأخرى (يشار إليها أحيانًا باسم ترسيب الطاقة الموجهة ).

تختلف تقنية الترسيب بالليزر عالي السرعة (المعروفة أيضًا باسم EHLA ^{[ 8 ]} ) عن تقنية الترسيب بالليزر التقليدية في نقطة تركيز الليزر وسرعة عملية التكسية. في تقنية الترسيب بالليزر عالي السرعة، تقع نقطة التركيز فوق الركيزة. ^{[ 9 ] [ 10 ]} عند رش المسحوق عبر نقطة التركيز، يمتص المسحوق معظم طاقة الليزر، حيث ينصهر أثناء مروره. ينتج عن ذلك اصطدام المسحوق المنصهر بالركيزة، حيث تنتقل الحرارة من المسحوق إلى الركيزة. عادةً ما ينتج عن ذلك انتقال جزء أقل من الطاقة الحرارية إلى الركيزة، وبالتالي تُنتج تقنية الترسيب بالليزر عالي السرعة طبقة لحام أرق (عادةً أقل من 0.5 مم لكل تمريرة ^{[ 11 ]} ) مع تخفيف أقل ومنطقة متأثرة بالحرارة أرق مقارنةً بتقنية الترسيب بالليزر التقليدية. ^{[ 12 ]} عادةً ما تكون سرعة الترسيب (سرعة انتقال المادة المنصهرة على سطح الركيزة) أعلى بعشر مرات على الأقل من سرعة الترسيب بالليزر التقليدي، كما أن معدل تصلب المادة أسرع أيضًا. ^{[ 5 ]} والنتيجة النموذجية لهذه الاختلافات، مقارنةً بالترسيب بالليزر التقليدي، هي الحصول على طبقة ذات سطح أملس، وبنية مجهرية أدق، ^{[ 13 ]} ومقاومة محسّنة للتآكل، ^{[ 14 ]} وصلابة أعلى. ^{[ 15 ]} كما يُمكن استخدام الترسيب بالليزر عالي السرعة في كلٍ من الطلاءات ثنائية الأبعاد والتصنيع الإضافي ثلاثي الأبعاد. ^{[ 16 ]}

تُسوّق شركة ميلتيو نظام ترسيب الطاقة المباشر بالليزر السلكي، والذي يتميز برأس ترسيب ليزري متعدد المحاور متحد المحور، مما يُتيح الترسيب في جميع الاتجاهات. تستخدم أنظمتها أسلاك لحام متوفرة تجاريًا (بقطر 0.8-1.2 مم) كمادة خام، وهي متوفرة بتكوينات ليزر أزرق (450 نانومتر) وأشعة تحت الحمراء (976 نانومتر). وقد اعتمدت القوات المسلحة في الولايات ^{المتحدة} وفرنسا وإسبانيا وكوريا الجنوبية هذه التقنية . ^{[ 17 ] [ 18} ] ^{[ 19 ]}

على غرار عمليات اللحام ، يمكن إجراء عملية الترسيب المعدني بالليزر باستخدام سلك معدني كمادة خام. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وهذا يمثل ميزة لتجنب التكلفة والجهد اللازمين لإنتاج مسحوق المادة الخام .

تختلف عملية الترسيب بالليزر فوق الصوتي (Supersonic LMD) عن عمليات الترسيب بالليزر الأخرى في أنها لا تستخدم الليزر لصهر المواد. بل هي في الأساس عملية رش بارد مُعدّلة ، وهي نوع من عمليات الترسيب في الحالة الصلبة التي تتضمن الترسيب عبر تيار نفاث فوق صوتي من المسحوق. في عملية الترسيب بالليزر فوق الصوتي، يُستخدم الليزر لتسخين الركيزة وتيار المسحوق مسبقًا، بهدف تليين هذه المواد. ^{[ 20 ]} من خلال تجنب الصهر، والعمل عند درجة حرارة منخفضة، تقل احتمالية أكسدة المواد الخام والركيزة. ^{[ 21 ]}