激光增材制造工艺持续进展

如今，一个新时代已经开启。激光增材制造（Additive laser manufacturing）工艺正在迅速革新市场。例如，据Optech咨询公司表示，过去五年内，增材制造用激光系统市场每年的增幅超过25％。特别是金属零件的增材制造一直是该市场增长的主要驱动力。

激光增材制造工艺可以分为两个主要领域：使用激光构建技术生产完整零部件的增材工艺仍处于起步阶段，且未来有望迎来强劲的增长；而使用粉末或线材的激光沉积焊接技术已经发展了多年。激光沉积焊接工艺用于对包括涡轮机生产、工具制造、模具制造和许多其他工业部门的零部件进行高质量的修复和改性处理。 今年6月5日至7日在德国斯图加特举行的2018斯图加特激光材料加工系统解决方案展览会（LASYS 2018）也将目光聚焦激光增材制造工艺领域。

总体而言，效率、成本效益和生产力将成为该领域的焦点。

新机器理念使激光沉积焊接更加高效

“激光沉积焊接的最大优点之一是可以在自由形状的表面上焊接零件，因为所需的能量非常少，并且材料发生变形的概率也相当低，这意味着只需要很小的加工余量。因而，在加工过程中，与其他焊接技术相比，这是一个很大的优势，”德国OR Laser公司首席执行官Uri Resnik如是表示。基于使用直接金属沉积（DMD）工艺对注塑部件进行修模的示例，该公司指出，从加工第三个部件开始，可以节省大量时间。

例如，德国激光加工设备制造商Laservorm公司的激光生产系统用于生产飞机涡轮机部件的耐高温隔热层或用于修复发电站涡轮机部件。“我们在CNC控制系统中集成了自适应加工过程和零件测量过程，因此不需要将数据传输到外部系统，这使我们能够将与加工过程相关的测量程序与我们的快速CNC控制系统实时进行同步”，Laservorm首席执行官Thomas Kimme说道。此外，他指出，双轴压电驱动可调振镜系统LV SpinScan能够以1:5的比例显示出精细和粗糙的焊缝（道）。 “因此，我们可以在加工过程中灵活支配焊缝的几何形状。”

当集成在机床中时，激光器优化生产流程

德国Laserline公司的首席执行官Christoph Ullmann博士表示：“将激光光源整合在机床中是优化生产工艺最有前景的方法之一。”鉴于此，二极管激光器被用于譬如五轴铣床中，使它们能够在增材和减材加工之间进行切换。激光沉积粉末的同时，铣头切割金属。“我们的二极管激光器具备的各种应用为‘增材制造’工艺提供了更多附选方案，远远超越粉末沉积和金属切割之间的相互作用，”Ullmann博士强调道。

他继续说道：“例如，激光器可以集成在车床车削/铣削加工中心内，除了功率沉积以外，还可以用于焊接和淬火加工。除了激光和粉末喷嘴之外，还为其安装了相应的光学元件。取决于相应的加工操作，可以在这些光学元件之间切换，最终，复杂的制造流程可以采用单一光源执行，无疑节省了大量时间并且极具成本效益。”

光纤激光器打造完全抗渗的三维实体

IPG公司的光纤激光系统使用激光沉积焊接来修复断流阀、曲轴和O形密封圈等部件。增材制造最初是为原型制造而开发的。“然而，如今增材制造已经蜕变为旨在生产三维实体的全新行业，”IPG公司项目经理Michael Stark表示。金属粉末采用激光技术逐层熔化，以生产出完整的组件。“借助近来激光生产系统在计算能力、移动和过程控制等方面取得的巨大进展，这些方法在高速加工条件下能精准沉积许多不同类型的材料。” Stark先生表示。选择性激光熔化（SLM）能打造出机械性能得到改进的各种完全抗渗型的金属部件。

中小型企业也可以全面实施增材制造

“在数字化和工业4.0日益深化的时代，未来的生产环境将需要围绕完整的增材制造工艺链提供更多的智能系统和解决方案。”OR Laser的首席执行官Resnik先生强调道。因此，OR Laser已开发出一款高端的3D金属打印机，用于生产具有各种几何形状的零部件和设计样式，这些是无法采用传统制造方法实现的。“我们的目标是使3D打印无论对于原型制造商，抑或是中小型企业而言都能负担得起。”Resnik先生说道。据悉，这款3D金属打印机无需使用任何附加工具即可构建具有花丝结构，高表面质量和高密度的部件。因此，打印数据通过CAD / CAM软件中的3D打印模块直接从CAD文件进行处理。

未来值得期许

目前，全球范围围绕增材制造技术及其应用正在进一步开发更多的研究项目。 Laservorm公司的Kimme先生总结表示：“例如，未来还需开发用于仿生轻质结构的硬件和软件解决方案，以应对激光沉积焊接带来的挑战；此外，还需要改进制造流程中的工艺监控方法，以满足对质量控制和文件编制日益增长的需求。”