Lézer használata "tollként" és fémpor "tintaként"
A lézeres újragyártási technológia egy fejlett javítási technológia, amelynek középpontjában a lézeres burkolat áll. Integrálja a lézeres feldolgozást, az anyagtudományt és a digitális technológiákat. Nemcsak a sérült alkatrészek geometriai méreteit tudja helyreállítani, hanem azt is lehetővé teszi, hogy teljesítményük megfeleljen az új termékeknek, vagy akár meg is haladja azokat. Ezt a technológiát a magas minőség, a hatékonyság, az energiatakarékosság, az anyagtakarékosság és a környezetvédelem jellemzi, így a zöld ipari fejlődés kulcsfontosságú tényezője. A „Made in China 2025” stratégia, amely a zöld gyártást kiemelt projektként emeli ki, a lézeres újragyártás erőteljes politikai támogatást kapott. A becslések szerint a kínai lézer-újragyártó ipar mérete 2025-re várhatóan eléri a 10 milliárd jüant, ami hatalmas piaci potenciált jelez, és aktívan átalakítja a feldolgozóipar körkörös hasznosítási ökoszisztémáját.
Műszaki alapelvek és összehasonlító előnyök
A lézeres újragyártás műszaki alapja a lézeres burkolat, amely kohászatilag kötött réteget képez az alapfelületen egy nagy{0}}energiájú lézersugár segítségével a burkolat anyagának megolvasztására. Ez a technológia jelentős előnyöket kínál a hagyományos javítási módszerekkel szemben: kis hőhatású zóna-minimalizálja a munkadarab deformációját; a burkolóréteg alacsony hígítási aránya precíz szabályozással; a burkolóréteg sűrű mikroszerkezete kevés mikroszkopikus hibával; és nagy kohászati kötési szilárdság az aljzattal. A lézeres újragyártásban általánosan használt anyagok közé tartoznak a Co-Cr alapú, a Ni-Cr alapú és a Fe-Cr alapú ötvözetporok, és kerámia anyagok hozzáadásával fémkerámia bevonatok képezhetők. A hagyományos technológiákhoz, például a hőpermetezéshez képest a lézerrel{9}}javított réteg kohászati kötést hoz létre az aljzattal, egységes és finom belső szerkezetet eredményezve, amely kiküszöböli az olyan hibákat, mint a pórusok, repedések és salakzárványok, míg a hőpermetezett bevonatok mechanikusan kötődnek, és számos pórust tartalmaznak.
Fejlesztéstörténet és alkalmazásbővítés
A lézeres újragyártási technológia az 1970-es években kezdődött. Gnanamuthu amerikai kutató 1974-ben ért el először lézeres burkolatot fémhordozón. 1981-ben a brit Rolls{5}}Royce cég lézeres burkolati technológiát alkalmazott a repülőgép-motorok lapátjainak javítására, ezzel pedig az ipari alkalmazási szakaszba került. A reform és a nyitás óta a külföldi csúcsminőségű-berendezések bevezetése és a nagy mérnöki projektek javítási igénye lehetőséget teremtett a lézeres újragyártási technológia fejlesztésére Kínában. Az elmúlt években a lézeres újragyártási technológia alkalmazási köre Kínában a repülésről és a védelemről több mint tíz iparágra bővült, beleértve a bányászati gépeket, az energiaellátást és a kohászati berendezéseket. Kínában közel 300 lézer-újragyártó vállalkozást hoztak létre, amelyek egyetemek, kutatóintézetek és ipari vállalkozások együttműködésén alapuló fejlesztési mintát alkotnak, elősegítve e technológia ugrásszerű fejlődését a kutatási fókusztól az ipari alkalmazásig.
Kulcsfontosságú technológiai áttörések és innováció
A lézer-újragyártó berendezések technológiai fejlődésen mentek keresztül a CO2-lézerektől a szálas lézerekig és a félvezetőlézerekig. Az új lézerberendezések nagyobb rugalmasságot és rövidebb hullámhossz-jellemzőket kínálnak, szélesebb alkalmazási lehetőségeket ígérve. Az energia-terepen-támogatott lézeres újragyártás a jó-minőségű újragyártás fontos eszközévé vált. Külső energiamezők, például elektromágneses mezők, indukciós fűtési mezők és ultrahangos rezgések bevezetésével hatékonyan szabályozhatja az olvadt medence áramlását, elnyomja a pórusokat és szabályozhatja a mikrostruktúrát. A helyszíni-újragyártási igények kielégítése érdekében a kutatók a teljes-szögszögű lézeres burkolati technológián túlléptek, és különböző dőlésszögeknél lézeres javítást valósítottak meg. A lézeres újragyártás azonban továbbra is olyan kihívásokkal néz szembe, mint a speciális anyagok korlátozott választéka, valamint az alapvető berendezések és alkatrészek importtól való függése, amelyek korlátozzák a további ipari fejlődést.
Ipari alkalmazások és gazdasági előnyök
A bányászati gépiparban a lézeres újragyártási technológiát olyan kulcsfontosságú alkatrészek javítására használják, mint a törőgép főtengelyei és a hidraulikus tartóoszlopok. A javított főtengely élettartama 2-3-szorosára növelhető. Az acéliparban a technológiát a hengerek javítására alkalmazzák. A javított hengerek teljesítménye többszörösen javul a hagyományos eljárásokhoz képest, mindössze egyharmadáért egy új henger árának. A petrolkémiai és energiaiparban a lézeres újragyártást olyan kulcsfontosságú berendezések javítására használják, mint a gázturbinák és gőzturbinák, amelyek költsége az új berendezések kevesebb mint 10%-a. A statisztikák szerint Kínában a leselejtezett hidraulikus támasztóoszlopok éves mennyisége körülbelül 450 000 tonna. A lézeres burkolat-újragyártási technológia alkalmazásával évente 190 000 tonna szabványos szenet lehetne megtakarítani, és jelentősen csökkenteni lehet a légköri szennyezést. Ezzel a technológiával 40%-kal költségmegtakarítást, 60%-os energiát, 70%-os anyagokat takaríthat meg, és 80%-kal csökkentheti a károsanyag-kibocsátást, ami jelentős gazdasági és környezeti előnyöket kínál.
Lézeres berendezések alkatrészei
Fiber lézeres gép
Lézeres burkolófej
Por adagoló
Lézeres keményítő fej
Kihívások és jövőbeli trendek
A lézeres újragyártási technológia fejlesztése négy fő kihívással néz szembe: a speciális anyagok korlátozott választéka és a nagy teljesítményű{0}}javítóanyagok hiánya; az alapvető berendezések és alkatrészek importtól való függése; elégtelen iparági elismertség; és egy hiányos szabványos rendszer. A jövőben a technológia az intelligencia és az automatizálás felé fog fejlődni. Mesterséges intelligenciát és gépi tanulást fogunk használni a gyártási paraméterek optimalizálására és a valós idejű minőségellenőrzésre-. A helyszíni újragyártás egy másik fontos trend, a lézeres berendezések a miniatürizálás és az integráció irányába fejlődnek. 2035-re a kínai lézer-újragyártó ipar fejlesztési célja az intelligens technológia kifejlődése és az 50 milliárd jüant elérő ipari méret. Hosszú távon a lézeres újragyártás támogatni fogja az elosztott szolgáltatási rendszereket, széles körben elterjedt{10}}a csúcskategóriás berendezésgyártásban, és alapvető műszaki támogatást nyújt a körforgásos gazdaság számára.