超高速激光熔覆，化腐朽為神奇
/ 2021/6/5 13:40:15
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激光熔覆3D打印(即激光熔覆成型)技術不用
模具，用CAD軟件制作一個零件模型，電腦編程后用成束的激光掃描于工件上，使工件上的金屬粉末熔化、一層一層融合在一起并堆積，最終形成一個致密的金屬零件。這種技術能一步成型金屬零件，而經智能化過程控制后成型的致密金屬零件是近凈形的，幾乎不用后續(xù)加工，真正實現(xiàn)快速、熔覆3D打印金屬零件。
它提供的原型零件既能作為產品開發(fā)、設計用的概念、性能檢測樣品，又能直接作為功能零件使用。激光熔覆成型技術能使產品的開發(fā)至投入市場的時間極大地減少，并且使產品開發(fā)成本極大地降低，尤其能使產品的制造更快速、柔性、個性化、多樣化，在新產品開發(fā)和單件小批量生產中具有無可比擬的優(yōu)勢，便于實現(xiàn)網絡制造，也適合經濟全球化的趨勢，在新型汽車制造、醫(yī)療、儀表等民用領域能更高效地制造高精尖零件，在航天、軍工領域能更好地制造高性能特種零件，特別是能制造以往極難加工的梯度功能材料、超硬材料，還能快速制造金屬間化合物材料零件，所以此項技術應用前景廣闊。
目前激光熔覆3D打印出的零件還有些缺點，比如質量穩(wěn)定性較差，達不到用戶要求的精度和粗糙度，要對零件進一步加工才行，所以這種技術的局限性導致它沒能更好地應用于生產中。零件質量穩(wěn)定性較差的原因有：在制作零件的過程中，一些工藝參數(shù)會波動，結果在零件某些地方形成的熔覆帶的形狀和大小不符合預期；當熔覆進行時還會擴大已形成的缺陷，使突起的地方更突，陷下的地方更陷，厚的地方更厚，薄的地方更薄。這樣零件粗糙度和精度均不符合預期，最嚴重的是導致零件不能成型。
激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。
與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此激光熔覆技術應用前景十分廣闊。
從當前激光熔覆的應用情況來看，其主要應用于三個方面：
一，對材料的表面改性，如燃汽輪機葉片，軋輥，齒輪等；
二，對產品的表面修復，如轉子，模具等。有關資料表明，修復后的部件強度可達到原強度的90%以上，其修復費用不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間，解決了大型企業(yè)重大成套設備連續(xù)可靠運行所必須解決的轉動部件快速搶修難題。另外，對關鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對模具表面進行激光熔覆處理，不僅提高模具強度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。
三，快速原型制造。利用金屬粉末的逐層燒結疊加，快速制造出模型。利用激光熔敷技術快速制造零件的技術，又稱作LENS(LaserEngineeredNetShaping)、DLF(DirectLaserFabrication)、DMD(DirectmetalDeposition)、LC(LaserConsolidation)等。
熔覆材料：目前應用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復合材料，陶瓷等材料。其中，又以鎳基材料應用最多，與鈷基材料相比，其價格便宜。
激光熔覆與工業(yè)中常用的堆焊、熱噴涂和等離子噴焊等相比，激光熔覆有著下列優(yōu)點：
基體與熔覆層結合強度高、熱影響區(qū)小、熔覆層與基體晶粒細小效率高、節(jié)約昂貴材料、可制備梯度功能材料、激光熔覆技術可控性好，易實現(xiàn)自動化控制，覆層質量穩(wěn)定。
超高速率熔覆技術是通過同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料與高速率運動的基體材料表面同時熔化，并快速凝固后形成稀釋率極低，與基體呈冶金結合的熔覆層，極大提高熔覆速率，顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等工藝特性的工藝方法。
適用于電力、航空、航天、兵器、核工業(yè)、汽車制造業(yè)中需要改善性能的零件。根據(jù)工件的工況要求，熔覆各種設計成分的金屬或者非金屬，制備耐熱、耐磨、耐腐蝕、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面覆層。
超高速激光熔覆技術是一種經濟效益很高的新技術，它可以在金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質，降低成本，節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此，世界上各工業(yè)先進國家對激光熔覆技術的研究及應用都非常重視.
熔覆工藝：激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預置式激光熔覆和同步式激光熔覆。
預置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。
同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進行同步送料。
預置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理---預置熔覆材料---預熱---激光熔化---后熱處理。
同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理---送料激光熔化---后熱處理。
按工藝流程，與激光熔覆相關的工藝主要是基材表面預處理方法、熔覆材料的供料方法、預熱和后熱處理。
