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超高速激光熔覆,化腐朽为神奇

发布日期:2018-04-10  浏览次数:40放大 缩小
核心提示:激光熔覆3D打印(即激光熔覆成型)技术不用模具,用CAD软件制作一个零件模型,电脑编程后用成束的激光扫描于工件上,使工件上的金属粉末熔化、一层一层融合在一起并堆积,最终形成一个致密的金属零件。这种技术能一步成型金属零件,而经智能化过程控制后成型的致密金属零件是近净形的,几乎不用后续加工,真正实现快速、熔覆3D打印金属零件。
         激光熔覆3D打印(即激光熔覆成型)技术不用模具,用CAD软件制作一个零件模型,电脑编程后用成束的激光扫描于工件上,使工件上的金属粉末熔化、一层一层融合在一起并堆积,最终形成一个致密的金属零件。这种技术能一步成型金属零件,而经智能化过程控制后成型的致密金属零件是近净形的,几乎不用后续加工,真正实现快速、熔覆3D打印金属零件。
 
    它提供的原型零件既能作为产品开发、设计用的概念、性能检测样品,又能直接作为功能零件使用。激光熔覆成型技术能使产品的开发至投入市场的时间极大地减少,并且使产品开发成本极大地降低,尤其能使产品的制造更快速、柔性、个性化、多样化,在新产品开发和单件小批量生产中具有无可比拟的优势,便于实现网络制造,也适合经济全球化的趋势,在新型汽车制造、医疗、仪表等民用领域能更高效地制造高精尖零件,在航天、军工领域能更好地制造高性能特种零件,特别是能制造以往极难加工的梯度功能材料、超硬材料,还能快速制造金属间化合物材料零件,所以此项技术应用前景广阔。
 
    目前激光熔覆3D打印出的零件还有些缺点,比如质量稳定性较差,达不到用户要求的精度和粗糙度,要对零件进一步加工才行,所以这种技术的局限性导致它没能更好地应用于生产中。零件质量稳定性较差的原因有:在制作零件的过程中,一些工艺参数会波动,结果在零件某些地方形成的熔覆带的形状和大小不符合预期;当熔覆进行时还会扩大已形成的缺陷,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。这样零件粗糙度和精度均不符合预期,最严重的是导致零件不能成型。
 
 
    激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低,与基体成冶金结合的表面涂层,显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法,从而达到表面改性或修复的目的,既满足了对材料表面特定性能的要求,又节约了大量的贵重元素。
 
    与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比,激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点,因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。
 
    从当前激光熔覆的应用情况来看,其主要应用于三个方面:
 
    一,对材料的表面改性,如燃汽轮机叶片,轧辊,齿轮等;
 
    二,对产品的表面修复,如转子,模具等。有关资料表明,修复后的部件强度可达到原强度的90%以上,其修复费用不到重置价格的1/5,更重要的是缩短了维修时间,解决了大型企业重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外,对关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金,可以在零部件表面不变形的情况下大大提高零部件的使用寿命;对模具表面进行激光熔覆处理,不仅提高模具强度,还可以降低2/3的制造成本,缩短4/5的制造周期。
 
    三,快速原型制造。利用金属粉末的逐层烧结叠加,快速制造出模型。利用激光熔敷技术快速制造零件的技术,又称作LENS(LaserEngineeredNetShaping)、DLF(DirectLaserFabrication)、DMD(DirectmetalDeposition)、LC(LaserConsolidation)等。
 
    熔覆材料:目前应用广泛的激光熔覆材料主要有:镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料,陶瓷等材料。其中,又以镍基材料应用最多,与钴基材料相比,其价格便宜。
 
    激光熔覆与工业中常用的堆焊、热喷涂和等离子喷焊等相比,激光熔覆有着下列优点:
 
    基体与熔覆层结合强度高、热影响区小、熔覆层与基体晶粒细小效率高、节约昂贵材料、可制备梯度功能材料、激光熔覆技术可控性好,易实现自动化控制,覆层质量稳定。
 
      超高速率熔覆技术是通过同步送粉添料方式,利用高能密度的束流使添加材料与高速率运动的基体材料表面同时熔化,并快速凝固后形成稀释率极低,与基体呈冶金结合的熔覆层,极大提高熔覆速率,显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法。
 
    适用于电力、航空、航天、兵器、核工业、汽车制造业中需要改善性能的零件。根据工件的工况要求,熔覆各种设计成分的金属或者非金属,制备耐热、耐磨、耐腐蚀、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面覆层。
 
    超高速激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术,它可以在金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质,降低成本,节约贵重稀有金属材料,因此,世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视.
 
    熔覆工艺:激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类,即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。
 
    预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位,然后采用激光束辐照扫描熔化,熔覆材料以粉、丝、板的形式加入,其中以粉末的形式最为常用。
 
    同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中,使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入,有的也采用线材或板材进行同步送料。
 
    预置式激光熔覆的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。
 
    同步式激光熔覆的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。
 
    按工艺流程,与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。
 
关键词: 超高速激光熔覆
 
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