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雷射堆焊 (LMD) | TRUMPF
雷射堆焊用作增材製造技術

雷射堆焊 (LMD)

雷射堆焊屬於創成式金屬製造工藝。國際通用名多為「Laser Metal Deposition」,縮寫LMD。這種說法取自「Direct Metal Deposition」(直接金屬沉積,DMD)或「Direct Energy Deposition」(直接能量沉積,DED)。此工藝流程相當簡單:雷射在部件表面生成一個熔池,透過噴嘴自動注入金屬粉末,形成相互焊接在一起的焊珠,可在現有基體上形成結構或者成型整個部件。此工藝用於航空航太、能源技術、石油化工、汽車和醫療技術等行業。TRUMPF客戶可受益於豐富多樣的雷射器與雷射系統、面向諸多應用的服務與流程知識。因此,可使例如LMD技術與雷射焊接或雷射切割相結合。

產出率更高

使用雷射堆焊可生成粗糙與極精細的結構——相比其他創成式工藝,兩者都具備高產出率。

多樣化材料

此工藝中可啟用多個焊粉容器,由此按需製成專屬合金。透過組合不同材料可生成夾層結構。

靈活性

透過雷射堆焊可在現有的不平整表面上塗覆3D結構,由此輕鬆實現幾何形狀改動。

輕鬆更換材料

雷射堆焊可在一道工序中輕鬆切換各種材料。

雷射堆焊工藝簡述

雷射金屬熔覆工藝概述

雷射束先局部加熱工件然後形成熔池。從雷射加工單元的噴嘴可將精細金屬粉直接噴入熔池。在此熔化並接合基底材料。之後留下0.2至1毫米厚的塗層,如有需要可疊加多層。通常使用氬氣作為保護氣體。為實現線條、平面與輪廓形狀塗覆,自動控制型雷射加工單元會在工件上方移動。智慧感測系統確保層厚各處始終均勻。

應用領域——全能技術,用途多樣

雷射堆焊——不僅限於3D列印。這項創新型製造工藝用途多樣,包括塗鍍與修復組件、填充縫隙等接合流程乃至生成創意十足的完整部件。

高速雷射金屬熔覆(HS-LMD) – 高流程速度鍍膜

高速雷射金屬熔覆(HS-LMD)大大加快了雷射金屬熔覆的速度。由於粉末狀焊接填料在熔池上方就受到雷射光照射,使其在到達部件之前便加熱至接近熔點。所以熔池中的顆粒熔融更快,能源利用更為高效。HS-LMD工藝每分鐘能實現超過250平方公分的表面處理速率。而「普通」的雷射金屬熔覆每分鐘最多處理40平方公分,因此與其相比擁有明顯提升。此外,還能實現厚度为30至300微米的更薄塗層。此工藝由弗勞恩霍夫雷射技術研究所研發並獲得專利,TRUMPF已可將其投入量產。

塗鍍——長久壽命

如需局部強化部件或調整幾何形狀,可經由雷射堆焊輕鬆塗覆結構。置於下方的部件可由低成本材料構成。透過防腐蝕或防磨損的保護層可提升部件效果並使其免受劇烈機械或化學應力影響。相比傳統工藝,例如轉移型等離子弧焊或熱噴塗,工件在雷射堆焊時僅會受到少量熱負荷,因此不易發生變形等危險。此外,得益於高自動化程度和可重複性,LMD明顯更為經濟。

生成——形狀不受限

雷射堆焊使客製化零件時設計更加自由,尤其是相較於普通壓模。藉助金屬沉積輔料可生成全新結構或改動現有部件的形狀與表面結構。即使是不匹配3D印表機成型區域的大規格部件,也能以此方式完整生成。

修復——廢物利用

生產成本高的昂貴零件可經由雷射堆焊輔料輕鬆修復,使零件或模具快速恢復可用。由此不僅可節約可能耽擱許久的購置和交貨時間,還能節省開支。因為對於如特殊鎳基合金等昂貴材料,修復部件比之重購明顯更為經濟。此外,還可改動部件設計。相比在金屬板破損位置膠接修補結構、轉移型等離子弧焊或傳統WIG/TIG焊接等替代方案,LMD產生的熱負荷更低而且極其精確,而正是後者實現出色的可重複性。

輔料焊接——告別縫隙

雷射堆焊輔料作為接合工藝,同樣可用於焊接不適合雷射焊接的部件。這是因為藉助LMD可填充更大的縫隙,無需繁瑣的準備工作便可密封焊接零件。在雷射堆焊中會形成均勻的緊密焊縫,後續通常僅需少量精加工作業。相比填絲焊接,同軸送粉不僅使接合流程中位置更為立體,還不依賴於方向。另外,透過LMD還可接合鋼與鑄鋁等不同材料,以便如接合電動機的電池。

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雷射金屬熔覆亦以其英文名稱Laser Metal Deposition(簡稱爲LMD)、Direct Energy Deposition(直接能量沉積)或Laser Cladding(雷射熔覆)爲人所熟知。這一過程很簡單:雷射在部件表面生成一個熔池。透過一個噴嘴,自動地向其中添加金屬粉。透過噴嘴自動注入金屬粉末,形成相互焊接在一起的焊珠,可在現有基體上成型結構或整個部件。

創成式雷射金屬堆焊工藝圖

雷射堆焊的優勢

作為積層製造工藝的一種,雷射堆焊工藝受益於來自修復型堆焊的多年經驗。與其他創成式工藝相比,產出率很高,因此流程速度非常快。可在此工藝中啟用多個粉末箱,由此可根據需要製成特定合金。透過組合不同材料可生成夾層結構。您可從豐富的材料粉末中進行選擇,其中包括鋼、由鎳 (Ni)、鈷 (Co)、鋁 (Al)、銅 (Cu) 或鈦 (Ti) 組成的基礎合金以及嵌入金屬凹模的碳化鎢 (WC) 或碳化鈦 (TiC)。積層雷射堆焊可用於航空航太、能源、石油化工、汽車和醫療技術等行業。

利用雷射金屬熔覆製成的螺旋槽

應用領域

雷射金屬沉積(Laser Metal Deposition)可用於塗層與修復、生成複雜部件以及類似填充縫隙的接合過程。在增材製造領域,其尤其適用於生成複雜部件與組合各種加工工藝。因此,藉助各種方式的增材製造也能低成本提供傳統鑄造或成型基材。LMD技術亦可與雷射焊接或雷射切割相結合。

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