jiandandishuo，rongfucailiaoyifenmohuosizhuangdexingshibeiyinrudaolingbujiandebiaomian，suihouyongjiguangqilaixuanzexingdijiangzhezhongcailiaohejicaironghuadaofeichangxiaodeshendu，yironghezheliangzhongcailiao。

　　

相xiang比bi電dian弧hu焊han和he熱re噴pen塗tu方fang法fa，激ji光guang熔rong覆fu具ju有you幾ji個ge優you勢shi。具ju體ti來lai說shuo

，對dui熱re量liang進jin行xing精jing準zhun而er有you限xian的de應ying用yong
，可ke以yi將jiang零ling部bu件jian的de熱re變bian形xing控kong製zhi在zai最zui小xiao比bi例li甚shen至zhi不bu會hui產chan生sheng熱re變bian形xing
，從cong而er免mian去qu了le後hou續xu處chu理li中zhong再zai加jia工gong的de需xu要yao。同tong時shi，激ji光guang熔rong覆fu也ye會hui讓rang沉chen積ji材cai料liao和he基ji體ti材cai料liao產chan生sheng很hen少shao的de混hun合he（稀釋），在熔覆層和基材之間產生真正牢固的冶金結合。

　　

然(ran)而(er)，幾(ji)位(wei)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)注(zhu)意(yi)到(dao)，有(you)時(shi)候(hou)在(zai)激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)生(sheng)的(de)材(cai)料(liao)快(kuai)速(su)冷(leng)卻(que)
，會(hui)產(chan)生(sheng)結(jie)合(he)缺(que)陷(xian)，並(bing)在(zai)熔(rong)覆(fu)層(ceng)中(zhong)產(chan)生(sheng)一(yi)些(xie)孔(kong)隙(xi)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)晶(jing)粒(li)或(huo)其(qi)他(ta)異(yi)質(zhi)顯(xian)微(wei)結(jie)構(gou)的(de)形(xing)成(cheng)。這(zhe)些(xie)結(jie)構(gou)的(de)特(te)殊(shu)性(xing)質(zhi)高(gao)度(du)依(yi)賴(lai)於(yu)精(jing)確(que)的(de)激(ji)光(guang)工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)與(yu)采(cai)用(yong)的(de)熔(rong)覆(fu)材(cai)料(liao)，他(ta)們(men)還(hai)觀(guan)察(cha)到(dao)裂(lie)縫(feng)
、kongxihegezhongzhuzhuanghedaizhuangjinglijiegoudecunzai。meiyigezheyangdejiegoudouhuiyingxiangrongfucengdeshoumingheyouxiaoxing。liru，rongfucengliewenhuiweifushitigongwenchuang，shenzhikenenghuiguantongrongfucengzhizhijiti。jinglihuoqitaweiguanjiegouhuiyingxiangrongfucengdejixiexingneng，bingqieyijingbeizhengmingzaimouxieqingkuangxiahuijiangdirongfucengdekanglaqiangdu。

　　

　　

對各種工藝參數的影響進行了研究，如激光功率、激光光束掃描速度
、songliaosuduherongfucailiaodejingquepeifang。tongguoshidangdikongzhizhexieyinsu，keyijiangbuliangderongfuweiguanjiegoudexingchengjiangzhizuidishenzhibimianzhexiexiaci。jutidishuo，keyitongguoyixiafangfalaichuangjiangaoxingnengderongfuxitong，baokuojingquedimonirongfuguocheng
、優化熔覆材料，並在之後仔細控製熔覆工藝流程以重現計算結果。

　　

Kthener Spezialdichtungen GmbH（KSD，德國Kleinwülknitz）開發了一種“激光材料快速製造係統（Rapid Laser Materials Manufacturing
，R：LM2）”。該係統由三個主要功能元件組成
，即混料係統
、迷你熔化爐和沉積控製係統（圖1）。

 

圖1：KSD的“激光材料快速製造係統”的主要功能元件示意圖

　　

混hun料liao係xi統tong包bao含han幾ji種zhong不bu同tong的de熔rong覆fu粉fen末mo以yi及ji配pei備bei了le材cai料liao模mo擬ni軟ruan件jian的de計ji算suan機ji。迷mi你ni熔rong化hua爐lu包bao括kuo光guang纖xian激ji光guang器qi和he密mi封feng處chu理li室shi，而er後hou者zhe包bao含han光guang學xue聚ju焦jiao元yuan件jian、送粉噴嘴、運動係統、高溫測量儀及過程監控攝像機。沉積控製係統配置了運行著CAD/CAM軟件和有限元方法（FEM）模擬軟件的計算機。

　　

R：LM2 通tong過guo對dui一yi組zu有you限xian的de金jin屬shu粉fen末mo進jin行xing各ge種zhong組zu合he後hou來lai創chuang建jian不bu同tong的de熔rong覆fu層ceng。為wei了le根gen據ju給gei定ding的de應ying用yong來lai選xuan出chu合he適shi的de配pei方fang，需xu要yao將jiang客ke戶hu的de要yao求qiu輸shu入ru到dao該gai係xi統tong中zhong，包bao括kuo熔rong覆fu層ceng所suo需xu的de機ji械xie性xing能neng和he化hua學xue性xing能neng（如耐腐蝕性）。然後，材料模擬程序使用相圖來計算出能滿足性能要求的熔覆材料的最佳組合。

　　

然後
，沉積控製係統中的FEM模擬軟件接收到這個配方，並確定好熔覆工藝參數，包括送粉速度
、激光功率、氣體成分、xuyaodegongyiwendu，yihuodezuijiaxiaoguo。zaimifengchulishizhong，jinshufenmotongguopenzuibeipentudaogongjianshang，ranhouyongjiguangronghua。rongfuquyudejutixingzhuangyoupenzuihejiguangguangshudeyundongguijilaiqueding，zhuyaoshitongguochenjikongzhixitongzhongdeCAD/CAM軟(ruan)件(jian)來(lai)控(kong)製(zhi)。沉(chen)積(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)通(tong)過(guo)過(guo)程(cheng)攝(she)像(xiang)機(ji)來(lai)監(jian)控(kong)熔(rong)覆(fu)區(qu)域(yu)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)位(wei)置(zhi)
，並(bing)用(yong)高(gao)溫(wen)測(ce)量(liang)儀(yi)來(lai)監(jian)控(kong)溫(wen)度(du)，必(bi)要(yao)的(de)時(shi)候(hou)調(tiao)整(zheng)參(can)數(shu)以(yi)獲(huo)得(de)預(yu)期(qi)的(de)效(xiao)果(guo)。R：LM2係統還能嚴密控製密封處理室中的氣體。這對於實現均勻、重現性好的熔覆是至關重要的。

　　

相比傳統的激光熔覆

，用R：LM2 係統打造的熔覆展現出非常精細的碳化物晶粒結構。這些塗層都不含孔隙或裂縫，並且可以達到 68 HRC的硬度級別。此外，該係統還有望顯著降低熔覆成本，因為最常見的傳統熔覆材料都很昂貴
，例如鎳合金、碳化鎢和因科鎳合金（Inconel）。而R：LM2 suojuyoudefuzamonihejingzhunchenjinengli，shiqizaishiyongchengbenjiaodideyousehejinzuheshiyenengrangrongfucengzaikangfushihenaimoxingdengfangmianshixiantongyangdexiaoguo。lingwai，gaixitongdadajianshaolefuzalingbujiandejiagongzhouqi。

 

　　

光纖激光器對於實現R：LM2 工藝的要求來說是一個理想的選擇

，因為它們能提供所需的高輸出功率（約800W）和近紅外（NIR）波長，而且相比其他類型的激光器，如閃光燈泵浦的脈衝Nd：YAG激光器，光纖激光器的操作成本較低
，保養周期更長。

　　

zaijiyudanguanjiguangerjiguanbengpudediyidaiguangxianjiguangqizhong
，shuliangzhongduodesuoyoubengpuzujiantongchangbeironghezaiyiqi，yishixianzuidadewendingxing。suiranzhezhongfangfayibanlaishuojuyouhengaodewenjianxing，danshitebierongyishoudaolaizimubiaocailiaodebeifanshedeyingxiang。yinci
，zaichulifanshexingjinshushi，rutonghehuangtong，bixushiyongmouzhongleixingdeguanggeliqi。ciwai，ronghezujian（有時包括最終的傳輸光纖） 的使用意味著這些激光器不能現場維修。因此，如果任何組件稍有損壞，都必須將整個激光器運回工廠進行更換。

　　

相幹（Coherent）對光纖激光器的設計使用了創新的模塊化方法，主要是基於半導體激光器線陣（Bar）
，而不是激光單管（Single Emitter），來lai作zuo為wei泵beng浦pu源yuan。使shi用yong由you分fen立li式shi光guang學xue元yuan件jian組zu成cheng的de光guang束shu組zu合he器qi將jiang這zhe些xie泵beng浦pu線xian陣zhen發fa射she的de光guang引yin入ru到dao增zeng益yi光guang纖xian中zhong。這zhe個ge光guang束shu組zu合he器qi還hai能neng校xiao準zhun增zeng益yi光guang纖xian輸shu出chu的de光guang束shu，然ran後hou其qi他ta光guang學xue元yuan件jian將jiang其qi有you效xiao地di耦ou合he到dao最zui終zhong的de傳chuan輸shu光guang纖xian中zhong。

　　

光束組合器的幾何形狀能阻止背反射進入泵浦二極管激光線陣，再加上沒有易損壞的接合，使得這種設計不會受到背反射的影響（圖2）。

 

圖2：通過在泵浦光耦合和激光提取中使用自由空間光學元件，這種光纖激光器不會受到背反射的影響，並且可以很容易地進行現場維修。

　　

zhezhongmokuaihuadefangfahainengshixianjijulinghuoxingdexianchangweihu，yinweitashizuizhongyonghunenggouzaiduanduanjifenzhongneijiaohuanchuanshuguangxian。ciwai，qitademokuaihuazujian

，lirubengpuerjiguanxianzhen
，shenzhishizengyiguangxian，quanbudoukeyizaibiyaodeqingkuangxiajinxingxianchanggenghuan。

　　

KSD公司在使用傳統結構的光纖激光器後發現有可靠性方麵的問題
，於是改為使用相幹的HighLight 1000FL 1kW光纖激光器。這消除了他們曾經曆過的由背反射原因引起的操作難題。

　　

　　

現在，KSD公司使用R：LM2 係統對工業水龍頭的墊片以及滑環或旋轉密封件的滾道承重麵（圖3）進行熔覆。這種密封元件用於回轉泵
、潛水泵或螺旋給料機。用於安全或控製配件的墊圈必須能承受極端的應力，如空蝕或流體流動磨損。它們一般在-255°至650°C的溫度範圍內工作
，需要與研磨介質一起使用，衝數大於100，000/年。軸承表麵需要在400
，000千米/年的移動速度下與具有研磨性或膠粘性的高粘度介質一起工作。到目前為止，使用R：LM2 工藝製造的全鐵合金熔覆層已經被證明能有效勝任這些應用。

 

圖3：使用R：LM 2係統在滑環上熔覆鐵錳鉻（FeMnCr）奧氏體硬質合金。

　　

KSD公司也在研發通過借助R：LM2 技術實現3D零件的激光增材製造方麵的應用。通常情況下，首先將相對較薄（600微米）的材料層在零件壁上沉積下來形成條狀

，然後再填充這些條狀之間的縫隙。

 

在這種工藝中，粉末利用率為70~80%

，最終零件的尺寸精度在0.2~0.3毫米範圍內。這樣的尺寸精度比傳統的粉床法要低大約10倍，但是就像選擇性激光熔化那樣，最終的零件尺寸可以通過機械後加工來迅速獲得。在這種情況下
，R：LM2方法的獨特優點就是，借助混料計算機可以加工並沉積各種材料
，具有很高的靈活性。

　　

zongeryanzhi，yizhongxinxingdezidonghuajiguangrongfuxitongjianhualezhegegongyi，bingqietongguoshiyongchengbenjiaodideyousejinshuhejinrangrongfugengweijingji。guangxianjiguangyuandeshiyongshidegaigongyinengbushoubeifanshedeyingxiang
，bingqieyegengrongyiweihu
，zheyinggainengbangzhujiguangrongfuhejiguangzengcaizhizaobeigengguangfandeshouzhongsuojieshou。