激光熔覆在材料加工領域獲得發展動力
利用激光和添加材料實現零部件快速成型和修復的過程,通常稱為激光熔覆制造。經歷了數十年的研究發展,加之激光器系統性能的提高,以及市場對可持續發展的環保項目的需求,所有這些因素正在促使激光熔覆技術獲得更廣泛的應用。
激光熔覆(也被稱為激光添加制造或涂層制造)是利用激光在基材表面沉積添加材料的過程,或者是通過建立材料層創建一個全新的三維物體。目前,激光熔覆正日益在材料加工領域獲得廣泛的發展力量。業界對激光熔覆技術興趣高漲,預計今年全球至少會建立兩個激光熔覆加工站。[1]
盡管利用激光和添加材料進行零件修復、表面硬化以及快速制造等應用,已經經歷了數十年的發展,但是激光熔覆技術到現在才剛剛在工業界和商業界獲得廣泛應用。與激光焊接技術獲得廣泛應用的情況類似,更高功率的激光系統的出現以及更高的光束質量、改進的零件質量和使用壽命、市場對可持續發展的環保項目的需求,以及減少能源消耗、有毒氣體排放和材料浪費等諸多因素,共同推動了激光熔覆技術的廣泛應用。
相關術語定義
熔覆(Cladding)是指在現有零部件的表面增加一個薄層(通常為3mm或4mm),以改善零部件的表面屬性;而添加制造(additive manufacture,AM)是在現有的結構中添加特定的材料,或是創建自由結構材料。
英國Cranfield大學焊接工程研究中心的焊接科學與工程學教授Stewart Williams說:“舉例來說,激光熔覆應用包括將抗腐蝕材料涂覆到管道內壁,以保護基體材料,從而避免在管道制造中采用價格昂貴的耐腐蝕性合金。而常見的添加制造應用包括高價值零部件的修復(如渦輪葉片和發動機密封元件的修復,即將高性能材料添加到渦輪葉片的末端)以及零部件制造。因為添加制造部件可以直接通過CAD系統制造,每個零部件可以很容易地改變以適應任何需求,這在醫療應用(如醫療移植)中極為重要。”
Williams指出,激光添加制造是增長最大的領域,英國和整個歐洲開展了大量的激光添加制造研究活動。“在民用飛機中,目前碳纖維復合材料的應用越來越廣泛,在最新的飛機中,所用碳纖維復合材料的比例已經高達50%。剩下的材料主要是金屬鈦,這是為了避免腐蝕性問題。”Williams說,“用固態鋼坯加工零部件的標準機械制造方法,通常會將90%的