簡jian單dan地di說shuo，熔rong覆fu材cai料liao以yi粉fen末mo或huo絲si狀zhuang的de形xing式shi被bei引yin入ru到dao零ling部bu件jian的de表biao麵mian
，隨sui後hou用yong激ji光guang器qi來lai選xuan擇ze性xing地di將jiang這zhe種zhong材cai料liao和he基ji材cai溶rong化hua到dao非fei常chang小xiao的de深shen度du，以yi融rong合he這zhe兩liang種zhong材cai料liao。

　　

xiangbidianhuhanherepentufangfa
，jiguangrongfujuyoujigeyoushi。jutilaishuo，duireliangjinxingjingzhuneryouxiandeyingyong，keyijianglingbujianderebianxingkongzhizaizuixiaobilishenzhibuhuichanshengrebianxing，congermianqulehouxuchulizhongzaijiagongdexuyao。tongshi，jiguangrongfuyehuirangchenjicailiaohejiticailiaochanshenghenshaodehunhe（稀釋）
，在熔覆層和基材之間產生真正牢固的冶金結合。

　　

raner

，jiweiyanjiurenyuanzhuyidao
，youshihouzaijiguangrongfuguochengzhongfashengdecailiaokuaisulengque，huichanshengjiehequexian，bingzairongfucengzhongchanshengyixiekongxi
，congerdaozhijinglihuoqitayizhixianweijiegoudexingcheng。zhexiejiegoudeteshuxingzhigaoduyilaiyujingquedejiguanggongyicanshuyucaiyongderongfucailiao，tamenhaiguanchadaoliefeng
、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。

　　

在zai基ji於yu單dan管guan激ji光guang二er極ji管guan泵beng浦pu的de第di一yi代dai光guang纖xian激ji光guang器qi中zhong，數shu量liang眾zhong多duo的de所suo有you泵beng浦pu組zu件jian通tong常chang被bei融rong合he在zai一yi起qi，以yi實shi現xian最zui大da的de穩wen定ding性xing。雖sui然ran這zhe種zhong方fang法fa一yi般ban來lai說shuo具ju有you很hen高gao的de穩wen健jian性xing，但dan是shi特te別bie容rong易yi受shou到dao來lai自zi目mu標biao材cai料liao的de背bei反fan射she的de影ying響xiang。因yin此ci，在zai處chu理li反fan射she型xing金jin屬shu時shi
，如ru銅tong和he黃huang銅tong
，必bi須xu使shi用yong某mou種zhong類lei型xing的de光guang隔ge離li器qi。此ci外wai，融rong合he組zu件jian（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。

　　

這zhe種zhong模mo塊kuai化hua的de方fang法fa還hai能neng實shi現xian極ji具ju靈ling活huo性xing的de現xian場chang維wei護hu，因yin為wei它ta使shi最zui終zhong用yong戶hu能neng夠gou在zai短duan短duan幾ji分fen鍾zhong內nei交jiao換huan傳chuan輸shu光guang纖xian。此ci外wai，其qi他ta的de模mo塊kuai化hua組zu件jian，例li如ru泵beng浦pu二er極ji管guan線xian陣zhen，甚shen至zhi是shi增zeng益yi光guang纖xian，全quan部bu都dou可ke以yi在zai必bi要yao的de情qing況kuang下xia進jin行xing現xian場chang更geng換huan。

　　

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。

　　

總(zong)而(er)言(yan)之(zhi)，一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)係(xi)統(tong)簡(jian)化(hua)了(le)這(zhe)個(ge)工(gong)藝(yi)
，並(bing)且(qie)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)成(cheng)本(ben)較(jiao)低(di)的(de)有(you)色(se)金(jin)屬(shu)合(he)金(jin)讓(rang)熔(rong)覆(fu)更(geng)為(wei)經(jing)濟(ji)。光(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)源(yuan)的(de)使(shi)用(yong)使(shi)得(de)該(gai)工(gong)藝(yi)能(neng)不(bu)受(shou)背(bei)反(fan)射(she)的(de)影(ying)響(xiang)，並(bing)且(qie)也(ye)更(geng)容(rong)易(yi)維(wei)護(hu)
，這(zhe)應(ying)該(gai)能(neng)幫(bang)助(zhu)激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)和(he)激(ji)光(guang)增(zeng)材(cai)製(zhi)造(zao)被(bei)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)受(shou)眾(zhong)所(suo)接(jie)受(shou)。