來自德國 Nürtingen 的 Nagel Technologies GmbH 希望為汽車行業解決一大難題：如何製造出一種幾乎不會產生磨損的煞車，從而滿足新的歐 7 標準對減少精細粉塵的排放要求？事情很快就有了眉目，一種超硬塗層對於乘用車煞車盤來說極具前景，而高速雷射熔覆則是實現這種塗層的理想製程。然而該製程的粉末利用率過低，金屬粉末被嚴重浪費，進而導致其成本高昂。為此 Nagel 公司和 TRUMPF 在光束成形方面採用了雙重技巧。
Nagel 公司是珩磨和超精加工的機台與工具專家。該公司總部位於德國 Nürtingen，並在全球範圍內設有七家分公司，其主要為汽車行業及該行業供應商供貨。該公司的業務此前主要依賴於內燃機零部件。隨著引進用於煞車盤塗層的機台，Nagel 公司現有意推出一種不涉及驅動系統的產品。
TruDisk 雷射器
HS-LMD
高速雷射金屬熔覆 (HS-LMD)
挑戰
新的歐 7 標準要求顯著減少精細粉塵的排放——此番並非只涉及了燃油車的排放要求，而且首次對輪胎和煞車的磨損進行了規範。汽車廠商如還想要在 2026 年之後在歐盟境內銷售乘用車，那麼此刻就要迅速找到針對輪胎和煞車這兩個組件的解決方案。Claus-Ulrich Lott 博士是 Nagel Technologies GmbH 的總經理，該公司位於德國 Nürtingen。在他踱步穿過主廠房一處老舊且光亮的地方時，他一一列舉道：「解決方案應該是什麼樣的？ 首先是要滿足歐盟標準。幾乎無磨損。這是毋庸置疑的。第二點就是要成本低廉。煞車是大量生產的產品，因此單件價格是關鍵因素，哪怕成本只有幾分錢的差別。第三點則是它必須盡可能地無縫融入現有的生產流程。」Lott 博士在煞車盤試生產設備前停下了腳步。「為此，我們決定製造一台可為煞車盤施加超硬塗層的機台。」
解決方案：高速雷射金屬熔覆
有三種塗層製程很快被排除在外：電化學塗層——太髒。熱噴塗——太慢。冷噴塗——太貴。由於清潔且加工時間短，Lott 最終選擇了高速雷射金屬熔覆製程，即所謂的 Laser Metal Deposition (HS-LMD)。在該製程過程中，噴嘴會將金屬粉末吹到表層，然後由雷射光束將其熔化，進而形成塗層。實際的加工場景就是一塊鑄鐵材質的乘用車煞車盤在雷射加工頭和七個粉末輸送噴嘴下旋轉。 高速雷射金屬熔覆單元，即所謂的 NaCoat，其能夠塗覆兩層材料。首先是 0.1 毫米厚的不銹鋼附著層。其上又會被塗覆 0.2 毫米厚的功能層，該層充滿了超硬的碳化物顆粒。「但鑄鐵是一種對塗層不利的載體。」塗層難以附著，因此需要使用大量粉末。「而粉末在煞車盤的生產過程中最終會占到製造成本的 60% 到 70%。因此機台必須要高效利用粉末，也就是所供給的粉末要盡可能物盡其用。」
實現方法就是透過「光束成形」來提高粉末利用率
Lott 博士解釋說：「我們與 TRUMPF 緊密合作進行研發。雙方在光束成形方面採用了雙重技巧，以最高限度地提升粉末利用效率。」BrightLine Weld 光束成形技術會將雷射功率劃分為可獨立調節的纖芯區和纖環區。這就如同淋浴花灑，具有核心和環形水流。這樣一來，能量和熱量的輸入就會被最佳化調節。一方面，煞車盤幾乎不會發生變形。另一方面，塗層會明顯變薄，因此消耗的粉末也就更少。TRUMPF 的雙焦技術是降低粉末消耗的第二個關鍵步驟：在粉末灑落到鑄件之前，一部分雷射光束會稍微加熱鑄鐵零件。這樣一來，粉末就能夠馬上附著，不會反彈或成為廢料。 機台在塗覆過程中最多可利用 94% 的粉末。所以 Nagel 公司現已掌握了歐 7 標準低磨損煞車盤的經濟型製造方法。
展望：取得商業成功並做出積極貢獻
Lott 博士于兩年半之前出任了 Nagel 公司的總經理，並專注於轉型和煞車盤業務。「我們此前的業務高度依賴內燃機，但該領域的業務正明顯萎縮。透過為歐 7 標準設計的煞車盤解決方案，我們希望推出一種不涉及驅動系統的產品，同時繼續深耕於我們最熟悉的行業。」銷量證明了其決策是明智的：在最開始的六個月內，Nagel 公司就已交付了數十台煞車盤量產設備。Lott 博士對這一成績頗感自豪，但他只是稍作表揚便轉向更為嚴肅的話題：「更重要的是，我們的設備有助於減少精細粉塵排放，保護人們免遭健康危害。我對此倍感欣慰。」
版本日期：2025.02.10
