弗劳恩霍夫IWS开发HICLAD工艺以改善激光熔覆

图　该设备HICLAD系列的关键在于采用了革新技术的同轴的 COAXquattro激光头。激光束穿过喷嘴的中央，周围包括８各单独的可控通道用于粉末和丝材的输送。这一柔性的设计可以节省材料的消耗，这是因为丝材通常只有粉末材料的一半的价格© ronaldbonss.com/Fraunhofer IWS图　该技术首次将粉末输送和丝材的输送可以以不同的组合及性能输送变为可能，这得益于COAXquattro激光头。材料在部件表main之上聚焦，而激光能量队材料进行熔化。在部件表面直接原位同粉末和丝材实现结合（熔合） © ronaldbonss.com/Fraunhofer IWS

江苏激光联盟导读：

输出功率超过 10kW 的二极管激光器为激光熔覆提供了新的解决方案，将在 Laser World of Photonics 上展出。

输出功率为10千瓦以上的高功率二极管激光器为激光熔覆开辟了新的应用场景。可以生产和应用特别是在可持续和资源节约型涂料的场合中，例如在汽车、机械制造和其他行业中。

弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所（IWS）与工业合作伙伴一起，以HILAD® 品牌开发了此类激光到工业中就绪的应用。总部位于德累斯顿的研究所及其项目合作伙伴Laserline将于4 月底在德国慕尼黑的Laser World of Photonics上展示其中的一些技术细节。

IWS多年来一直在开发用于激光熔覆的HICLAD工艺系列，以便为使用高功率二极管激光器的生 产性涂层工艺提供定制解决方案。为此，研究人员正在微调能量分布，速度和进料速率的参数，从而使宽广的工艺窗口成为可能。

“我们再次突破了应用高功率激光器的极限，”IWS热涂层部门负责人Maria Barbosa博士评论道。她说，HICLAD能够实现“可持续的功能性涂层，最终提高加工部件的耐用性、耐磨性和使用寿命”。“我们全面研究组件表面的功能化，其目标仍然是以最少的材料使用效率和较短的周期时间内实现弹性和行业就绪的结果，”她说。

研究人员表示，一个关键组件是测量和控制硬件，其中一些是内部开发的，使他们能够监视和 调节复杂的过程并控制其质量。

例如，HICLAD用于制动盘、液压缸和滑动轴承的激光堆焊涂层。IWS表示，未来，石油、天然 气和造纸行业以及许多其他行业的大型部件也可以通过这种方式进行高效涂覆。

图　IＷS研发的这一激光头，作为关键部件，研发的测量和控制硬件用来控制复杂工艺过程中的质量控制

多年来，IWS率先使用功率等级稳步提高的高功率激光器，尤其是激光熔覆。基于这一经验， 该研究所和Laserline现在已经达到并超过了20kW二极管激光器的沉积速率，这在以前只能使用 等离子体转移电弧工艺来实现。

与现有的基于激光的解决方案相比，合作伙伴也取得了相当大的进展：根据特定材料和选择的 喷嘴，HICLAD在工业应用中实现了每小时18公斤的沉积速率。

图　激光熔覆每平方米和每平方米每年可以达到的产能（使用的材料为IN６２５合金，涂层厚度位１ｍｍ，沉积效率位０.５Kg／看W＊ｈ）

例如对于铬镍铁合金IN625镍合金，与传统的9千瓦激光器解决方案相比，生产率可以提高大约三倍。确切的值取决于特定的应用场景。与具有高功率激光器的竞争解决方案相比，IWS工艺具有更大的优势。

与基于粉末的激光熔覆相比，基于丝材的工艺以前被限制在最大功率为6kW。

COAXquattro现在使高达20kW的激光功率可用于丝材和粉末的组合。这在多材料开发中起决定性作用， 例如新型合金的研制和涂敷上。

可以根据需要通过四个丝材和粉末通道中的每一个进料不同的材料。此外相对较

短的处理时间缩小了工作人员、保护气体的使用。

使用COAXquattro可以同时加工粉末和丝材。

和其他运营成本的支出相比较。一般而言，该系统旨在实现特别高效的材料利用以及非常坚固和灵活 的高质量过程控制。

“与IWS一起，我们成功地为工业界开辟了一类新型高功率激光器的具体应用，”来自Laserline的 熔覆和增材制造专家Sörn Ocylok博士说。

Ocylok说“目前，我们已经通过使用更高的二极管激光功率等级来测试工艺的进一步可扩展性，在测试运 行中输出功率高达45kW - 旨在在不久的将来实现潜在的工业应用，”。

IWS将展示HICLAD，激光喷嘴COAXquattro，并展示高功率激光焊接滑动轴承。除了45千瓦的 二极管激光器外，Laserline还将提供涂有高功率激光熔覆层的制动盘。这些造成的磨损更少， 因此可能有助于减少细小的粉尘污染。

文章来源：optics和ronaldbonss.com/Fraunhofer IWS