УДК: 621.7.09

Лазерная установка для микроструктурирования поверхности металла с использованием волоконного лазера

Васильев О.С., Вейко В.П., Горный С.Г., Рузанкина Ю.С.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Васильев О.С., Вейко В.П., Горный С.Г., Рузанкина Ю.С. Лазерная установка для микроструктурирования поверхности металла с использованием волоконного лазера // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 12. С. 70–77.

Vasiliev O.S., Veiko V.P., Gorniy S.G., Ruzankina Yu.S. Laser apparatus for microstructuring a metal surface, using a fiber laser [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2015. V. 82. № 12. P. 70–77.

Ссылка на англоязычную версию:

O. S. Vasil’ev, V. P. Veĭko, S. G. Gornyĭ, and Yu. S. Ruzankina, "Laser apparatus for microstructuring a metal surface, using a fiber laser," Journal of Optical Technology. 82(12), 831-836 (2015). https://doi.org/10.1364/JOT.82.000831

Аннотация:

В работе представлен метод микроструктурирования поверхности металла излучением импульсного волоконного лазера со сканаторной системой перемещения пучка света. Заданный топографический рельеф смоделирован в графическом редакторе, после чего изготовлен на экспериментальном материале. Создана матрица параметров, которая позволяет определить оптимальные режимы работы лазерной установки для обработки конкретного материала. Описаны три стадии процесса микроструктурирования (профилирование, очистка и полировка) и соответствующие им геометрические параметры изготовленных структур. Разработан метод понижения уровня шероховатости рельефа Ra и Rz.

Ключевые слова:

волоконный лазер, микрогеометрия, поверхностные свойства, микроструктура

Благодарность:

Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01), гранта Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ РФ № НШ 1364.201 и гранта РФФИ ОФИ_М № 4-29-07227.

Коды OCIS: 220.4000, 230.4000, 240.0240, 160.0160

Список источников:

1. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным рельефом. Л: Машиностроение, 1982. 59 с.
2. Veiko V.P. Laser-assisted micro shaping. Laser-assisted Microtechnology (LAM–2000) // Proc. SPIE. 2001. V. 4157. P. 93–103.
3. Veiko V.P., Metev S.M. Laser assisted microtechnology. Heidelberg: Springer-Verlag, 1998. 270 с.
4. Heyl P., Olschewski T., Wijnaendts R.W. Manufacturing of 3D structures for micro-tools using laser ablation // Heidelberg Instruments Mikrotechnik 2001. V. 57–58. P. 775–780.
5. Medres B.S., Bamberger M. Laser texturing of friction surfaces // Lasers in Engineering. 2008. V. 18. P. 137–144.
6. Nadeem H. Rizvi, Phil T. Rumsby. New developments and applications in the production of 3D micro-structures by laser micro-machining // Proc. SPIE. 1999. V. 3898. P. 240–249.
7. Вейко В.П., Кишалов А.А., Мутин Т.Ю., Смирнов В.Н. Перспективы индустриальных применений оптических материалов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 3 (79). С. 50–54.
8. Jin-zhong Lu, Chao-jun Yang, Lei Zhang, Ai-xin Feng, Yin-fang Jiang. Mechanical properties and microstructure of bionic non-smooth stainless steel surface by laser multiple processing // Journal of Bionic Engineering. 2009. V. 6. P. 180–185.
9. Система прецизионной лазерной маркировки СПЛМ МиниМаркер2-М20А4. Руководство по эксплуатации. СПб: Лазерный центр, 2014. 29 с.
10. Knappe R. Applications of picosecond lasers and pulse-bursts in precision manufacturing // Proc. SPIE. 2012. V. 8243 (82430I). P. 1–9.
11. Вейко В.П., Шахно Е.А. Сборник задач по лазерным технологиям // СПб.: СпбГУ ИТМО, 2007. 66 c.
12. Вейко В.П., Шахно Е.А. Лазерные технологии в задачах и примерах // Учебное пособие по курсу “Физико-технические основы лазерных технологий”. СПб.: СпбГУ ИТМО. 2014. 86 c.
13. Scholz S.G., Griffiths C.A., Dimov S.S., Brousseau E.B., Lalev G., Petkov P. Manufacturing routes for replicating micro- and nanosurface structures with bio-mimetic applications // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2011. V. 4. P. 347–356.
14. Pfeiffer M., Engel A., Weibmantel S., Scholze S., Reisse G. Microstructuring of steel and hard metal using femtosecond laser pulses // Physics Procedia. 2011. V. 12. P. 60–66.

15. Velkova V., Lalev G., Hirshy H., Omar F., Scholz S., Minev E., Dimov S. Process chain for serial manufacture of 3D micro- and nanoscale structures // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2011. V. 4. P. 340–346.
16. Урцев В.Н., Платов С.И., Анцупов В.П. Способ обработки прокатных валков // Патент России №2224822. 2004.
17. Пыжов А.И., Шведов С.А., Тимченко П.В. Устройство тиснения // патент России №2308377. 2005.
18. Маршаков И.К. Коррозийная стойкость и обесцинкование латуней // Физико-химия поверхности и защита материалов. М: Наука, 2005. С. 227–233.
19. Won-Seock Kim, Il-Han Yun, Jung-Ju Lee, Hee-Tae Jung. Evaluation of mechanical interlock effect on adhesion strength of polymer-metal interfaces using micropatterned surface topography // International Journal of Adhesion & Adhesives. 2010. V. 30. P. 408–417.
20. Nies C., Fug F., Otto C., Possart W. Adhesion of polyurethanes on native metal surfaces – stability and the role of area-like species // International Journal of Adhesion & Adhesives. 2014. V. 52. P. 19–25.
21. Schubert A., Gross S., Edelmanna J., Schulz B. Laser microstructuring of high-stressed embossing dies // Physics Procedia. 2010. V. 5. P. 261–268.
22. Kong Myeong Bae, Jong Soo Ko, Tae Woo Lim, Dong-Yol Yang, Bo Sung Shin, Hee Soo Lee, Sang Hu Park. Direct reproduction of 3D microstructures using a hybrid approach by creation of master-patterns and metallic molds for embossing // Microelectronic Engineering. 2011. V. 88. P. 3300–3305.