Bauma China 2024还能这样看丨激光工艺在工程机械行业的应用

11月26日至29日，为期四天的2024上海工程机械展（Bauma China 2024）在上海新国际博览中心举行。本届展会以“追光而遇，万象生辉”为主题，共吸引32个国家和地区的3500余家展商参展，展览总面积超过33万平方米。

在今年的工程机械展上，最引人夺目、吸引观众的莫过于室外展区的各种“大家伙”。尤其是当你站在矿山机械车辆的旁边，就会发现自己的“渺小”。其中，徐工集团在现场展示的轮胎压路机和钢轮压路机，更是目前行业内唯一实现隧道内高精度自动驾驶集群作业的装备。这项“黑科技”让不少现场观众驻足观看，近距离感受科技与传统工程机械融合的魅力。

在本届展会上，除各类工程机械装备外，上下游设备零部件和配套设备厂商也应邀参展，亮相了他们的产品和技术。期间，本刊记者走访了数家企业，虽然这些企业的业务和产品涉及不同领域，但都有一个共同点——采用了激光工艺技术来加工产品。

3D打印解决高端工程刀具技术难题
在隧道挖掘、采矿和大型基建等工程中，工程刀具是这些行业最常见也是最重要的消耗品。这些工程刀具犹如人的牙齿，因此也有“工程牙齿”之称。此前，高端工程刀具一度被国外品牌所垄断，直到恒普（宁波）激光科技有限公司的产品问世。当前，公司生产的工程刀具用于铣刨、采煤、掘进和旋挖等主要工程机械行业。

过去，由于陶瓷、金属界面难题等技术难以突破，导致国内始终没有质量过硬的高端工程刀具。公司创始人刘德健博士带领团队开展研究，突破金属和陶瓷之间原子键合的行业难题，将陶瓷激光植入技术成功产业化，研发出长寿命陶瓷3D打印工程刀具系列产品，打破被国外品牌长期垄断的局面。此前的金属陶瓷堆焊工艺，就像是给金属戴上“陶瓷假发”，两者结合强度较低，耐磨性和抗冲击性能都不能满足应用要求。

团队研发的陶瓷激光植入技术就像“植发”，把陶瓷植入金属。采用激光3D打印陶瓷耐磨层的新工艺，大大提高了耐磨层的冶金结合度和耐磨强度，在保持高耐磨度的同时，让工程刀具的基体具有较高冲击韧性，有效保护合金头，降低碎裂及崩刃的风险，从而满足整体性能要求。

以适用于铣刨机水泥施工的公路铣刨截齿产品（HP22T2）为例，其合金头材采用优质碳化钨硬质合金，齿体为高强度合金钢锻件42CrMO特钢钢材，一次性冷精锻成型，截齿头部耐磨环是激光3D打印陶瓷材料。公司面向国防需求研发的“Freeform”3D打印技术用于截齿制造，采用超硬“Superhard”技术、超级耐磨“SuperWear”材料，寿命比传统制造截齿指数增长。同时，公司在3D打印基础上结合自主研发复合材料，使截齿在使用寿命上较国际一线品牌有大幅度提升，并且提高使用安全性。

另据了解，当前工程刀具系列产品的市场容量巨大。公司以百亿级工业耗材行业为突破口，瞄准存量市场，将3D打印技术引入到工程刀具的制造中，探索出了一条新的商业模式和差异化竞争道路。未来，公司将持续聚焦现有业务的同时，向模具等更大体量行业开拓，协助当地建立起成熟的3D打印技术产业链和生态系统，探索百亿收入3D打印新兴市场。

超硬材料的激光加工
河南是我国超硬材料的生产大省，现已形成了以超硬材料及制品为核心、原辅材料和专用设备仪器为基础、公共技术服务体系为支撑的发展格局，拥有较为集中和相对完善的产业链。其中，郑州作为河南乃至全国范围内超硬材料行业技术策源地和研发中心之一，诞生了一批具有行业影响力的龙头企业。

在本届展会上，郑州新亚亮相了石油钻探用金刚石复合片、金刚石拉丝模坯料和切削刀具用复合超硬材料产品。金刚石复合片是由上层金刚石粉末和下层硬质合金衬底，通过高温高压烧结而成，具有硬度高、耐磨性好的特点，广泛应用于石油钻井、地质勘探、煤田钻采钻头上和机械加工工具等行业。

经介绍，目前在石油天然气以及地矿探井行业，金刚石复合片与牙轮占比可达9:1，聚晶金刚石复合片（PDC）钻头基本上已经取代牙轮钻头。在油天然气以及地矿探井行业，钻头性能直接关系到钻井的效率、质量、成本乃至安全，是钻井提速降本的第一利器。PDC钻头具有低钻压、高钻速、进尺快、重量轻、寿命长、安全（无活动元件）、经济效益好等一系列优点，过去需10多只牙轮钻头才能钻完的井段，现在2-3只PDC钻头就能钻完。

今年9月，郑州新亚就激光研磨PCD倒角加工方法申请了国家专利。专利摘要显示，通过先将金刚石复合片固定在工装夹具上再设定倒角的尺寸和角度，并规划好加工路径，倒角加工路径包括加工方向，扫描方向和冷却方向，同时设定总加工片数，最后通过激光非接触的方式，对金刚石复合片的端面进行研磨。

细致观察这些金刚石复合片产品，可以发现有些产品的端面平整，而有些产品的端面有不同的切面。对此，公司在展会上的负责人表示，金刚石复合片端面的形状是根据不同需求划分，比如有些端面的角度倾斜明显，这就说明这款产品适用于进给速度更快的工况应用。而对于金刚石复合片端面的特殊加工，正是应用到了激光工艺。

相较于传高速切削和精密磨削加工这样的传统机械加工方式，激光的光学加工方式凭借非接触式、加工高效，逐渐成为加工金刚石复合片的主流方式。

激光焊接让金刚石锯片使用更持久
在本届展会上，武汉万邦激光金刚石工具股份有限公司主要展示了金刚石切割和钻头工具系列产品，这些大小尺寸不一的产品适用于建筑工程行业，包括普通马路、高速公路切割，机场路面切割以及房屋建设。

经介绍，目前公司旗下的切割和钻头产品均采用激光焊接工艺。以金刚石锯片为例，主要由基体与刀头组成。基体是粘结刀头的主要支撑部分。刀头之所以能起切割的作用是因为其中含有金刚石成分，金刚石作为最硬的物质，它在刀头中摩擦切割被加工对象，而金刚石颗粒则由金属包裹在刀头内部。

相较传统工艺，激光焊接除了可以提高整体工件焊接效率外，还增强了基体和刀头之间的连接性能，使金刚石切割片和金刚石钻头的刀头部位更牢固，提高使用寿命。不仅如此，公司还通过专业设备对激光焊接后工件进行牢固性测试，验证和检验激光加工工件的可靠性。

虽然业内普遍采用了激光焊接金刚石切割锯片和金刚石钻头工艺，但公司自1999年成立初始就开始采用激光焊接工艺，积累了丰富的工艺经验。其中非常重要的是刀头金刚石粉末的配方比例，以及激光焊接参数的选择，共同决定了金刚石刀头的使用寿命。

目前，公司的激光焊接设备基本都采用了国产设备，但同时保留了进口激光焊接产线。在实际应用中，国产激光器在焊接成型方面并不逊色于进口产品，但就焊缝精细度和美观度方面，进口激光器焊接的产品略胜一筹。展会现场的公司负责人表示，现在进口激光焊接产线主要用于生产对焊缝质量要求更高的批次产品，其中的大部分产品是销往国外。

其他激光应用
在四川长江液压件公司的展台，本刊记者看到公司的相关产品贴牌上有使用了激光打标工艺。经现场工作人员介绍，公司的大部分产品都是通过激光打标为产品贴牌。传统的标示方式都会对阀体本身造成一些损伤，而激光打标则不同，在不对阀体造成任何损害的同时，可以保证刻印的清晰和精度。更为重要的是，激光打标的文字可以形成长久性标记，不会因时间、磨损等原因而消失，方便后期产品的可追溯性。

回顾本届上海宝马工程机械展，虽然激光工艺在当前工程机械行业应用的深度和广度还没有达到很高的程度，但随着行业对行业零部件和加工质量要求的提高。激光工艺包括金属3D打印技术在内的增材制造技术，将在未来的工程机械行业发挥更大的作用，具有开阔的市场前景。

徐工“黑科技”，马路压路机也可以自动驾驶