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激光金属堆焊 (LMD) | TRUMPF
激光金属熔覆用作增材制造技术

激光金属熔覆 (LMD)

激光金属熔覆属于创成式金属制造工艺。国际通用名多为“Laser Metal Deposition”,缩写 LMD。这种说法取自“Direct Metal Deposition”(直接金属熔覆,DMD)或“Direct Energy Deposition”(直接能量熔覆,DED)。该工艺流程相当简单:激光在部件表面生成一个熔池, 通过一个喷嘴,自动地向其中添加金属粉。形成相互焊接在一起的焊珠,可在现有基体上形成结构或者成型整个部件。该工艺用于航空航天、能源技术、石油化工、汽车和医疗技术等行业。通快客户可受益于丰富多样的激光器与激光系统、面向诸多应用的服务与流程知识。因此,可使例如 LMD 技术与激光焊接或激光切割相结合。

产出率更高

使用激光金属熔覆可生成粗糙与非常精细的结构——相比其他创成式工艺,两者都具备高产出率。

多样化材料

此工艺中可启用多个焊粉容器,由此按需制成专属合金。通过组合不同材料可生成夹层结构。

灵活性

通过激光金属熔覆可在现有的不平整表面上涂覆 3D 结构,由此轻松实现几何形状改动。

轻松更换材料

激光金属熔覆可在一道工序中轻松切换各种材料。

激光金属熔覆工艺简述

激光熔覆工艺略图

激光先局部加热工件然后形成熔池。从激光加工头的喷嘴可将精细金属粉直接喷入熔池。在此熔化并接合基底材料。之后留下 0.2 至 1 毫米厚的涂层, 如有需要可叠加多层。通常使用氩气作为保护气体。为实现线条、平面与轮廓形状涂覆,自动控制型激光加工头会在工件上方移动。智能传感系统确保层厚各处始终均匀。

应用领域——用途多样,贴合技术

激光金属熔覆——不仅限于 3D 打印。这项创新型制造工艺用途多样,包括涂镀与修复组件、填充缝隙等接合流程乃至生成创意十足的完整部件。

高速激光金属熔覆 (HS-LMD) – 高流程速度镀膜

高速激光金属熔覆 (HS-LMD) 大大加快了激光金属熔覆的速度。粉末状焊接填充料已经与熔池上方的激光相遇,在进入组件的途中被加热到接近熔点。因此,颗粒在熔池中的熔融速度更快,并且能量得到更有效的利用。HS-LMD 工艺达到了每分钟超过 250 平方厘米的表面切除率。与“常规”激光金属熔覆相比,这是一个明显的增长,因为它可以达到每分钟 40 平方厘米。此外,还可以进一步实现厚度从 30 到 300 µm的薄层。通快已经能够将由弗劳恩霍夫研究所为激光技术开发和获得专利的工艺运用到批量生产中。

涂镀——长久寿命

如需局部强化部件或调整几何形状,可经由激光金属熔覆轻松涂覆结构。置于下方的部件可由低成本材料构成。通过防腐蚀或防磨损的保护层可提升部件效果并使其免受剧烈机械或化学应力影响。相比传统工艺,例如转移型等离子弧焊或热喷涂,工件在激光金属熔覆时仅会受到少量热负荷,因此不易发生变形等危险。此外,得益于高自动化程度和可重复性,LMD 明显更为经济。

创造——形状不受限

激光金属熔覆使个性化制造零件时设计更加自由,尤其是相较于普通压模。借助金属熔覆辅料可生成全新结构或改动现有部件的形状与表面结构。即使是不匹配 3D 打印机成型区域的大规格零件,也能以此方式完整生成。

修复——废物利用

生产成本高的昂贵零件可经由激光金属熔覆辅料轻松修复,使零件或模具快速恢复可用。由此不仅可节约可能耽搁许久的购置和交货时间,还能节省开支。因为对于如特殊镍基合金等昂贵材料,修复部件比之重购明显更为经济。此外,还可改动部件设计。相比在金属板破损位置胶接修补结构、转移型等离子弧焊或传统 WIG/TIG 焊接等替代方案,LMD 产生的热负荷更低而且非常精确, 而正是后者实现出色的可重复性。

辅料焊接——告别缝隙

激光金属熔覆辅料作为接合工艺,同样可用于焊接不适合激光焊接的部件。这是因为借助 LMD 可填充更大的缝隙,无需繁琐的准备工作便可密封焊接零件。在激光金属熔覆中会形成均匀的紧密焊缝,后续通常仅需少量精加工作业。相比填丝焊接,同轴送粉不仅使接合流程中位置更为立体,还不依赖于方向。另外,通过 LMD 还可接合钢与铸铝等不同材料,以便如接合电动机的电池。

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激光金属熔覆用作增材制造技术

激光堆焊同样以其英文名称 Laser Metal Deposition(简称为 LMD)、Direct Energy Deposition(直接能量沉积)或 Laser Cladding(激光熔覆)闻名。该工艺流程相当简单:激光在部件表面生成一个熔池, 通过一个喷嘴,自动地向其中添加金属粉。形成相互焊接在一起的焊珠,可在现有基体上形成结构或者成型整个部件。

创成式激光金属熔覆工艺图

激光堆焊的优势

作为增材制造工艺的一种,激光堆焊工艺受益于来自修复型堆焊的多年经验。与其他创成式工艺相比,产出率很高,因此流程速度非常快。此工艺中可启用多个焊粉容器,由此按需制成特定合金。通过组合不同材料可生成夹层结构。您可从丰富的材料粉末中进行选择,其中包括钢、由镍 (Ni)、钴 (Co)、铝 (Al)、铜 (Cu) 或钛 (Ti) 组成的基础合金以及嵌入金属凹模的碳化钨 (WC) 或碳化钛 (TiC)。创成式激光堆焊可用于航空航天、能源、石油化工、汽车和医疗技术等行业。

利用激光金属熔覆工艺制成的螺旋槽

应用领域

激光金属堆焊(Laser Metal Deposition)可用于涂镀与修复、生成复杂部件以及缝隙填充等接合流程。此外,在增材制造领域中尤其适合用它来生成复杂部件与组合多种加工工艺。因此,借助不同方式的增材制造也可低成本提供传统铸造或成型基体。LMD 技术亦可与激光焊接或激光切割相结合。

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