激光增材制造技术解决方案

激光增材制造技术解决方案

产业背景

整体化

轻量化

复杂化高性能鑫精合激光3D打印技术团队着眼高端制造攻关技术难题

整合优势资源SLM

LDM

第1类

非金属3D打印

新产品设计开发

立体光固化技术 SLA

文化艺术创意

选择性激光烧结 SLS

个人爱好

熔融沉积成型 FDM

第2类 生物3D打印

将活细胞材料放入液化的水凝胶，再注入3D打印机中，逐层挤压成特定的形状。制作出的活生物结构将被放置起来进行孵化和培养，让其可以开始作用，创造出拥有生物学功能的活体组织。

第3类

金属3D打印

美国GE航空发动机燃油喷嘴

激光选择性熔化技术 SLM

某型燃气轮机叶片

激光直接熔化技术 LDM

某圆筒试验件毛坯

电子束快速成形技术 EBM

第4类 激光熔覆修复

激光修复发动机叶片、机匣

SLM技术原理

激光选区熔化原理示意图

LDM技术原理

激光沉积制造及修复原理示意图

激光熔覆修复原理

激光修复原理示意图

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐

热、 抗氧化及电器特性等的工艺方法。

增材制造技术简介各种金属3D打印方法优缺点

激光选择性熔化技术 SLM

优点成形精度极高，可以直接达到零件尺寸，凝固冷却速度

极快，组织细小、力学性能优异。

缺点成型尺寸小630*400*500 效率低100-200g/h 国外德国EOS、德国ConcepLaser、英国Renishaw 材料TC4 钛合金、AlSi10Mg铝合金、IN718镍基高温合金、

316L模具钢、钨、钽、铌等耐高温难熔金属也可以打印

适用范围可以实现任何传统工艺都无法实现的超复杂结构，主要

用于实现超复杂结构件整体打印，或完成现有零件的轻

量化设计。

激光直接熔化技术 LDM

优点成形精度相对模锻较高，凝固冷却速度快，组织细小、力学性能优异，成形尺寸超大理论上没有限制。

缺点需要机械加工，成形效率略低1kg/h

装备国外无商品化装备，装备基本国内研制

材料钛合金、高强钢、模具钢、铜、钴铬合金等

适用范围无需大型锻造装备、大型锻压模具，柔性快速加工大型复杂整体构件。可以在原有锻铸件上成形耳片、接头等异形结构，通过混合制造方法低成本实现复杂结构

激光熔覆修复技术优点冷却速度快、热输入和畸变较小、粉末选择几乎没有任

何限制、熔覆层的厚度范围大、能进行选区熔敷，材料

消耗少、工艺过程可实现自动化

缺点

需要机械加工，控制不好可能产生裂纹装备

定制化装备、针对不同行业进行不同设计材料

钛合金、高强钢、模具钢、铜、钴铬合金等适用范围机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海与航天和

石油化工等领域均有应用。

电子束/电弧快速成形技术 优点成形效率高，15kg/h

缺点凝固冷却速度较慢，组织粗大、力学性能低。成型尺寸受真空箱尺寸限制，毛坯精度低。

航空航天、发动机等高端装备更加注重追求轻质、高效和高可靠性，设计中越来越多地采用复杂整体结构件和精密复杂结构件。

由于单个结构件的尺寸和复杂性不断增加，对结构件加工制造要求日趋苛刻。同时，钛合金、高温合金等材料具有高熔点、难变形和难加工等特点，使得复杂整体结构件和精密复杂结构件的制造尤其困难。

特别是越来越多的异形结构，传统的锻造、铸造、焊接、机加等成形工艺已无法满足结构件的设计和制造要求。

钛合金、高温合金、超高强度钢等

难加工金属大型关键构件

生产流程长、制造难度大

制坯

铸锭模具模锻机加

增材制造技术简介激光熔覆修复背景

航空、船舶、铁路等大型装备磨损后更换新配件成本

高、周期长、人力物力浪费严重。

降低成本、延长零件寿命、缩短周期

修复研究方法及途径部件基体

组织及故

障产生的原因分析熔覆区组织分析和显微硬度分布分析熔覆对象室温拉伸及高温拉伸等力学性能确定最优

修复工艺

方案及参数模拟修复及试样试修

缺陷部件的修复修复后的处理控制变形

冷却夹具的设计

熔覆变形控制

我公司在激光熔覆修复上积累了很多的经验，并且技术人员开发了一套修复方法和途径：

通过以往的修复经验，我司技术人员作出以下总结：

叶片故障一般为工作时外来物打伤，损伤程度较小且发生损伤的概率较小。一般修复方法为激光熔敷+恢复型面。

风扇机匣、压气机机匣故障分为涂层磨损、裂纹或者机加时掉刀损伤。涂层磨损采用重新喷涂涂层方式修复；裂纹根据情况采用氩弧焊、微弧等离子焊或激光熔敷等方式修复；机加时掉刀损伤多采用激光熔敷方式修复。

中介机匣故障为裂纹。多采用氩弧焊+激光熔敷复合方式修复。

并且通过多次的修复经验，可以使得修复后的性能达到满意的状态，其中钛合金修复后的性能与原基体性能相当。高温合金修复后的性能可达90%以上。

右图为某发动机叶片激光熔覆修复过程中试样的拉伸性能数据表，从表中可以看出激光熔敷后试样的力学性能和原基体的力学性能相当。

某航空发动机高压涡轮工作叶片叶尖的故障

磨损裂纹