Επεξεργασία αφρού μετάλλου με λέιζερ

Οι μεταλλικοί αφροί κατηγοριοποιούνται σεαφρούς ανοιχτής και κλειστής κυψέλης. Οι αφροί κλειστής κυψέλης έχουν μεμβράνες που διαχωρίζουν γειτονικά κελιά ή κενά, ενώ οι αφροί ανοιχτής κυψέλης έχουν ένα δίκτυο τυχαία κατανεμημένων κενών που διασυνδέονται όπως φαίνεται στα Σχήματα (α) και (β), αντίστοιχα. Η κατηγοριοποίηση είναι κατά κάποιο τρόπο πολύ σημαντική καθώς διακρίνει τους μεταλλικούς αφρούς ανάλογα με τις εφαρμογές τους. Οι μεταλλικοί αφροί κλειστής κυψέλης έχουν υψηλή ακαμψία και χρησιμοποιούνται κυρίως σε δομικές εφαρμογές. Από την άλλη πλευρά, οι αφροί ανοιχτής κυψέλης χρησιμοποιούνται κυρίως σε λειτουργικές εφαρμογές όπως οι εναλλάκτες θερμότητας λόγω της μεγάλης επιφάνειας τους και της εσωτερικά συνδεδεμένης πορώδους δομής τους.

Ως εκ τούτου, οι μέθοδοι επεξεργασίας είναι κυρίως υπεύθυνες γιαπροσαρμογή μεταλλικών αφρούστις εφαρμογές τους ορίζοντας την ανατομική τους δομή ή κατανομή πόρων. Οι μέθοδοι επεξεργασίας κατηγοριοποιούνται ευρέως σε υγρές και στερεές διεργασίες. Η υγρή επεξεργασία είναι η πιο δημοφιλής στην εμπορική παραγωγή λόγω των υψηλών ρυθμών αφρισμού και των υψηλών αποδόσεων. Η διαδικασία δημιουργεί πόρους σε υγρά ή ημιστερεά μέταλλα με μία από τις δύο κύριες οδούς, τον άμεσο και τον έμμεσο αφρισμό. Ο άμεσος αφρισμός μπορεί να επιτευχθεί με την εισαγωγή ενός αερίου (αέρα, άζωτο ή αργό) ή με την εισαγωγή δευτερογενών ουσιών όπως TiH2, ZrH2, MgH2, CaCO3, κ.λπ. απευθείας στη μήτρα του τετηγμένου μετάλλου. Και στις δύο περιπτώσεις, σχηματίζονται φυσαλίδες στην επιφάνεια του τήγματος και παγιδεύονται και ψύχονται για να δημιουργήσουν κενά.

Όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος έμμεσης αφρισμού, το λιωμένο μέταλλο δεν αφρίζεται απευθείας. Αντίθετα, ορισμένοι πρόδρομοι όπως αφροί πολυμερών ή ανόργανα σωματίδια και κοίλες σφαίρες χαμηλής πυκνότητας χρησιμοποιούνται για τη χύτευση του τηγμένου μετάλλου σε αφρό. Υγρή επεξεργασία, ενώ επιτρέπει τη μαζική παραγωγή τουμεταλλικοί αφροίσε μορφή φύλλου, στερείται σταθερότητας και ελέγχου. Ως αποτέλεσμα, τα σχήματα κοντά στο δίχτυ είναι δύσκολο να παραχθούν. Η ποικιλία των υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σχηματισμό αφρού με αυτή τη μέθοδο είναι επίσης πολύ περιορισμένη.

Ο αφρισμός στερεάς κατάστασης μπορεί να οριστεί ως μια διαδικασία για την κατασκευή μεταλλικών αφρού που διατηρεί τη θερμοκρασία επεξεργασίας εντός του εύρους θερμοκρασίας τήξης του βασικού υλικού. Οι αφροί μετάλλων παρασκευάζονται είτε εισάγοντας το διογκωτικό απευθείας στο μικτό στερεό μέταλλο (εσωτερικό πορώδες) είτε ενσωματώνοντας τη μεταλλική σκόνη γύρω από ένα προεπεξεργασμένο προσωρινό εκμαγείο με κενά (εξωτερικό πορώδες). Αν και οι διαδικασίες στερεάς κατάστασης ελέγχονται πιο αξιόπιστα, είναι δαπανηρές. Οι τρέχουσες μεταποιητικές βιομηχανίες είναι πολύ κρίσιμες στην επιλογή προϊόντων για δυνατότητα κατασκευής.

Μεταλλικοί αφροίείναι ένας νέος τύπος πορώδους ελαφρού υλικού που αποτελείται από πόρους ή κενά μέσα σε ένα στερεό μέταλλο. Οι πόροι δημιουργούνται συνήθως μέσα στο υλικό βάσης με ανεξέλεγκτο τρόπο, ακολουθώντας διαφορετικές διεργασίες για να σχηματίσουν μια εξαιρετικά τυχαία πορώδη μεταλλική δομή. Το κλάσμα όγκου των πόρων που προκύπτουν είναι πολύ υψηλό σε σύγκριση με το βασικό υλικό, γεγονός που καθιστά το υλικό ελαφρύ. Εκτός από το μικρό του βάρος, το υλικό προσφέρει μια σειρά από άλλες εξαιρετικές δομικές ιδιότητες: υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος και εξαιρετική δυνατότητα απόσβεσης κραδασμών και απορρόφησης θορύβου. Για να ενσωματωθεί αφρός μετάλλου σε οποιαδήποτε βιομηχανία, πρέπει να ενσωματωθεί στενά με μια αξιόπιστη διαδικασία κατασκευής. Τα αφρισμένα μέταλλα χαρακτηρίζονται από υψηλή ακαμψία και χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό και είναι επιρρεπή σε θραύση υπό φορτίο. Επομένως, οι συμβατικές διαδικασίες κατασκευής δεν είναι κατάλληλες για την επεξεργασία του γενικού σχήματος της κατασκευής αφρού μετάλλου. Ως αποτέλεσμα, παρεμποδίζεται η ευρεία υιοθέτηση μεταλλικών αφρού. Η μέθοδος επεξεργασίας με λέιζερ είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιεί μια ακριβή πηγή θερμότητας, ένα λέιζερ, για την επεξεργασία του υλικού αντί για ένα μηχανικό φορτίο.