超高速激光熔覆的发展前景

发布时间：

2023-01-11 12:37

高速激光熔覆：通过改变激光与粉末的作用过程，在熔池之上将粉末融熔或半融熔，将融熔或半融熔状态的液体流送入熔池内，从而实现熔覆效率和表面质量的提升，形成冶金结合的表面涂层。熔覆完的涂层表面可进行快速激光扫描，再次提高表面质量。

激光熔覆技术解决了传统电焊、氩弧焊等热加工过程中不可避免的热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题。激光熔覆技术经过数十年的发展，应用十分广泛，特别是在工业应用中，如在航空航天、石油、船舶、工程机械与核电等行业中得到了广泛应用。

激光熔覆践行绿色制造

激光熔覆技术是绿色再制造技术的重要支撑技术之一，符合国家可持续发展战略的高新技术。我国科学工作者在基础理论研究方面处在国际先进水平，为激光熔覆技术的发展做出了巨大的贡献。但另一方面，激光熔覆技术的应用水平和规模还不能适应市场的需求。需要解决工程应用中的关键技术，研究开发专用的合金粉末体系，开发专用的粉末输送装置与技术，系统研究无损伤修复的工艺方法，建立质量保证和评价体系，加大力度，培养工程应用方面的人才，相信在制造业市场竞争日趋激烈的今天，激光熔覆技术大有可为。

在过去很长一段时间，激光再制造在全球激光学术界都受到很大关注，欧洲、美国、日本、俄罗斯等国家都有深入研究，并广泛用于航空航天、国防军工，以及民用产品上。

中国激光熔覆概况

激光再制造的产业应用在我国推广应用已有20多年。掌握激光熔覆技术的企业已经遍布山东、辽宁、江苏、湖北、广东、陕西、河北、河南等多个省市。由于激光再制造普遍用于石化、冶金、电力、铁路、机械、汽车、航空、船舶等重工业，因此目前主要应用是以长江以北地区较多，市场份额也是北方占据较多。

较早的应用可能是从中科院金属所、清华大学、江苏大学等科研单位承接社会产业需求，定制化地给解决方案。后来，一批企业陆续进入激光再制造，提供激光熔覆、激光表面硬化、激光淬火、激光冲击喷丸等工艺，为许多矿山机械、工程机械、石化等带来了极大的便利。

目前我国从事激光再制造的民用企业大约40-50家，规模大的已经数亿元，而小的则在千万元以下。全年我国激光再制造的产值超过25亿元，服务修复各个产业核心产品价值数百亿元，为我国减少了许多重要行业的损失。在军工方面的装甲军备、舰船等也有很多应用，目前难以统计。

超高速激光熔覆带来行业颠覆

在激光切割、打标、焊接发展如火如荼，激光熔覆前景很好，但现实发展规模还很小。

一个方面原因，是加工效率低。传统熔覆过程中熔覆线速度一般为600-1000mm/min，熔覆效率一般为0.15㎡/h。近年新出现的高速熔覆线速度可达20-150m/min,熔覆效率可达0.5-2㎡/h，整体加工效率为常规熔覆的3-5倍。

另一个原因是，激光熔覆以个性化单件加工为主，难以批量化。激光再制造或者说激光修复目前承接都是修理金属部件的作用，而这些金属部件磨损部位不同，常常都是要求单个加工，而且形状各异，对三维修复、夹具固定的设计要求也高。这一点上，二维激光钢板切割基本上一套设计通用。所以激光切割很容易实现批量化工作，而激光再制造很难批量化。

在2017年德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）和亚琛工业大学（RWTH-Aachen）的研究者开发出一种超高速激光熔覆技术，德文称之为 EHLA。这是全球最早推出的超高速熔覆技术。

超高速激光熔覆技术的发明是增材技术发展历程中的革命性的一步，它解决了制约传统熔覆技术大规模推广的最大瓶颈-效率，从而也带来了成本的大幅度降低，未来将会极大刺激金属3D打印技术的产业化应用，具有里程碑的意义！

超高速激光熔覆技术极大地提升了加工效率，突破了原来传统熔覆的技术瓶颈，有利于激光熔覆未来在我国开拓更多的应用。

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