机遇来了，激光加工行业的大换血！利用激光切割技术应对再制造中的挑战

机遇来了，激光加工行业的大换血！利用激光切割技术应对再制造中的挑战：对减少环境影响的日益关注凸显了有价值的工程部件的生产过剩和生产过剩正慢慢变得越来越普遍。在各种可能性中，激光切割因其精度和准确性而成为最重要的复制选择。由于制造 新利体育18luck 过程的复杂物理特性，必须确保过程安全才能生产经过认证的再制造零件。本文全面分析了与激光切割相关的问题以及解决这些问题的不同方法。本文不仅涵盖了最新的激光切割技术，还涵盖了深度学习和数字复制等仍处于现代化早期阶段的工具。

技术部件的生产涉及一系列需要原材料和电力的增值过程，使该行业成为世界上最大的原材料和电力消费国。然而，随着时间的推移，零件会因磨损而失去功能，通常会被丢弃。这种“使用-回收-丢弃”材料的单向流动对可持续发展提出了严峻挑战。线性“要么接受要么失去”经济中的快速生产对环境构成威胁，资源枯竭也是一个主要问题。报告的数据显示，仅这一行业就占温室气体 (GHG) 总排放量的 21-30% 左右。这些问题，特别是自然资源的枯竭和温室气体排放，强调了促进再生方法的必要性，以便废弃资产可以在经济中保存更长时间或使用过的材料可以回收。这种经济，通常被称为“循环经济”，侧重于资源的提升。

循环利用和循环利用是发展循环经济最重要的两项技术。但是，只有材料被回收；翻新是一种增值整理技术，通过修复或修复磨损的物体来恢复设计零件的功能。此外，回收会消耗能源并污染环境。另一方面，回收可以通过节省能源和材料来减少对环境的影响。它还降低了废物处理的成本。经美国国家标准协会 (ANSI) 批准的再生产被定义为“广泛而严格的工业过程，其中受控、可重复和持续的过程将磨损或无功能的产品或零件”恢复为“新”或“更好” ”。

报告数据显示，翻新产品的成本仅为新产品价格的40-65%，能耗降低约85%。这可以节省 80-98% 的材料，并减少 70-99% 的排放。与更换风力涡轮机叶片相比，只需 10% 的维修成本，碳足迹就会减少约 45%。

由于这些原因，制造业蓬勃发展。美国。预计 2017-2025 年产量将平均增长 6.6%。此外，预计到 2025 年，全球汽车零部件市场将增长 300 亿美元。经济不断增长的印度也在致力于改善汽车使用。 2019 年国家资源效率政策项目中的资源。在印度，沃尔沃已开始翻新其建筑设备、康明斯发动机和相关部件。

技术部件的修订主要涉及材料（主要是金属和合金）在磨损部件上的受控沉积，因此将能源用于原材料的熔化和分离。拱门是此类应用中最常用的热源，但这些过程中产生的高热量会导致再制造零件的热应力和微观结构变化，这与许多现代材料不兼容。高热量输出导致大的热影响区 (HAZ)。虽然电子束和等离子弧注入是相对较少的传热工艺，但它们需要先进的设备。特别是，电子束的涂层需要很大的真空度，这限制了它在更小和不太复杂的几何形状上的使用。此外，真空的产生需要很长时间，但这在激光辅助还原工艺中不是必需的。与电弧相比，基于激光的工艺使用高度集中的能量来局部熔化材料，从而减少整体热能输入。小熔池还允许更严格地控制沉积区和相邻区域中沉淀物的尺寸和微观结构。由于这些优点，近年来在激光恢复方法的研究上投入了大量资金。

由于激光涂层和添加剂的共同特性，激光翻新是基于在激光涂层和添加剂制造过程中的丰富经验。因此，在某些时候，对这些过程的基本要素进行简要讨论是不可避免的。

激光涂层是通过使用具有非常高能量密度的激光束将熔融材料添加到磨损部件来完成的。激光链的制造过程包括三个独立的步骤：预处理、涂层和后处理。在预处理过程中，首先从主机上拆下损坏或磨损的部件，并清除灰尘、油、油脂和其他污染物。然后评估组件审查的技术和经济可行性。预处理是再制造的重要组成部分，以确保可用性、创建焊接托盘并生产合格或标准化的再制造零件。

沉积物可以是 DED（定向能量沉积）或 PBF（粉末床熔合），具体取决于维护需要、内部特性的存在和磨损部件的光滑度。 PBF 工艺包括两个步骤：首先，通过外涂层将粉末均匀地施加到基材或先前施加的层上，其次，将粉末与高能激光束选择性地融合。另一方面，DED 是一种一步工艺，它使用移动激光源在基板上形成焊极，并将原材料以粉末、线材或糊剂的形式送入焊极。送丝式激光金属镀膜呈现液滴转移现象，焊丝端部熔融材料的流动断续且不稳定，导致镀层质量差。当使用送丝系统时，送丝角度成为影响涂层质量的重要参数。在粉末喷涂中，粉末通过同轴或横向粉末供应系统使用载气输送到焊接槽，这也保护了焊池免受氧化。氧化也影响涂层的润湿性。由于其灵活性，同轴粉末进料系统是通用喷涂的首选。

与传统制造工艺相比，基于激光的再制造提供了更小的热影响区、更好的冶金结合、更快的冷却速度带来的优异微观结构、更少的裂纹、变形和稀释。还可以使用基于激光的增材制造系统构建单晶结构或定向凝固层。

为了通过增材制造路线构建悬臂式几何结构，有时需要添加支撑结构。由于此类结构增加了总体建造时间和成本，同时降低了表面质量，因此需要减少或消除支撑结构。在设计和工艺规划阶段，采用构建方向优化、拓扑优化等方法，以最小化悬臂式几何结构。在粉末床工艺中，正在制造的部件由松散的粉末支撑，这有助于降低对此类结构的需求。在DED中，多轴沉积系统可以动态调整组件方向，以最小化悬垂沉积。在再制造的背景下，由于主要目标是恢复原始几何结构，因此拓扑优化方法不适用。此外，可能并不总是存在任何可以生成支撑结构的合适表面。因此，零件在构建-执行或多轴沉积系统上进行加工和定向，以避免对支撑结构的要求。事实上，现有文献中没有报道过一个需要支撑结构的零件基于激光的再制造案例。

DED的一个非常重要的能力是通过在加工区提供不同的材料，使用功能梯度材料进行再制造。例如，可以在零件上沉积耐磨堆焊材料以增强表面性能，因此，再制造部件的功能甚至可以从原始部件上得到改善。

尽管有这些成功案例，基于激光的再制造中无缺陷层的沉积仍然充满挑战。