DED金屬3D打印光內(nèi)送絲技術(shù)，環(huán)聚激光推新一代多功能絲粉同送激光熔覆頭

南極熊導讀：近年來，以定向能量沉積（DED）技術(shù)為代表性的激光金屬增材制造技術(shù)迎來了飛速發(fā)展。其中，激光熔覆頭作為DED工藝的核心部件之一，在工業(yè)生產(chǎn)中的地位不斷提升。高效率、綠色環(huán)保、靈活性強的熔覆頭產(chǎn)品的自主研發(fā)和生產(chǎn)，對于推動我國激光增材制造技術(shù)的廣泛應用有著重要意義。

2024年11月11日，南極熊獲悉，蘇州大學光電科學與工程學院激光制造團隊聯(lián)合蘇州環(huán)聚激光科技有限公司（以下簡稱“環(huán)聚激光”）共同研發(fā)了新一代CH-WPC60“光內(nèi)送絲/送粉”可變斑多功能熔覆頭，采用環(huán)形光斑包圍中心軸單根粉束或絲材的自主專利技術(shù)，光、粉/絲、保護氣一體同軸，送絲、送粉功能可切換使用。具有掃描無方向性，工藝區(qū)間寬泛等優(yōu)點，可應用于激光表面強化修復、增材制造、填料焊接等領域。

近年來，環(huán)聚激光專注于激光熔覆的前沿技術(shù)研發(fā)，推出了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)、以“光包粉/絲”技術(shù)為核心的增材制造裝備，在多個工業(yè)應用領域展示出領先的技術(shù)優(yōu)勢。

光內(nèi)送絲/送粉熔覆頭的創(chuàng)新優(yōu)勢

熔覆頭是DED激光增材制造技術(shù)的關(guān)鍵核心零部件。激光送絲相比于送粉方式，具有材料利用率近100%、孔隙率低、成本低、污染小等諸多優(yōu)勢。早期激光送絲熔覆/焊接技術(shù)采用旁軸送絲結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單但存在方向性和光絲耦合位置波動敏感問題。近年同軸送絲結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外相繼出現(xiàn)，多為多光束會聚方式，結(jié)構(gòu)和控制復雜性增加，且尚未完全解決方向性問題。

CH-WPC60是環(huán)聚激光最新推出的一款多功能光內(nèi)熔覆頭，兼具送絲、送粉和粉絲同送三種功能，滿足表面強化、增材制造和焊接等應用需求。其采用環(huán)形光斑圍繞中心軸單根絲材或粉束的創(chuàng)新專利技術(shù)，光、粉/絲、保護氣同軸一體設計，使得熔覆過程無方向性、能量分布更均勻、適應場景更廣。與傳統(tǒng)的旁軸送絲相比，這款熔覆頭具有以下顯著優(yōu)勢：

（1)  環(huán)形聚焦光斑，掃描無方向性；

（2)  光內(nèi)送絲/送粉/粉絲同送多用；

（3)  只需單臺激光器，基模/多模模式均可用；

（4)  送絲材料利用率近100%，增材制造過程綠色環(huán)保，無粉末顆粒污染；

（5)  在開放環(huán)境激光沉積過程中可顯著降低氧氣等氣體摻雜，進一步降低沉積層氧化程度，孔隙率低；

（6)  可變光斑熔覆，生成不同寬度熔覆單道，適配不同功率；

（7)  熔覆頭結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單易維護；

（8)  可擴展同軸溫度監(jiān)控、熔池監(jiān)控等；

（9）一體化密封和水冷結(jié)構(gòu)。

△環(huán)聚激光CH-WPC60 送絲/送粉熔覆頭

△CH-WPC60熔覆頭主要技術(shù)參數(shù)表

通過創(chuàng)新的“光包絲/粉”技術(shù)，環(huán)聚激光進一步優(yōu)化了制造工藝，能夠在不增加復雜性和成本的前提下，提高熔覆工藝的成品質(zhì)量。沉積適用材料廣泛，常用如鐵基合金、鈦合金、鎳基合金和鋁合金等。

△CH-WPC60部分送絲沉積效果圖

多款熔覆頭核心產(chǎn)品

除了CH-WPC60，環(huán)聚激光已開發(fā)十余款適用于不同功率和工作場景的光內(nèi)送粉頭，其中圓斑功率覆蓋2kW至15kW，包括360°空間熔覆頭、長焦狹小空間熔覆頭等。這些送粉頭可實現(xiàn)各類懸垂結(jié)構(gòu)的無支撐全自由增材制造，夠在極小的空間內(nèi)實現(xiàn)噴嘴可達性，適用于模具修復等復雜場景。成形件表面粗糙度Ra1-12μm ，最低可達Ra0.8μm。

此外，環(huán)聚激光推出的寬帶送粉頭采用40mm寬度的雙矩形斑，通過新型“光夾粉”技術(shù)顯著提高了沉積效率，能夠在短時間內(nèi)完成大面積增材制造。沉積效率高達1000cm3/h，特別適用于能源礦山、船舶制造等對速度和覆蓋面積要求較高的場景。部分光內(nèi)送粉熔覆頭及加工效果如下：

典型應用領域

南極熊從蘇州環(huán)聚激光官網(wǎng)看到，環(huán)聚激光的光內(nèi)送絲/送粉裝備已應用于以下行業(yè)：

• 航空航天：在航空航天領域，能夠直接增材制造復雜異形零構(gòu)件，對發(fā)動機等部件進行精密增材制造和修復，提升部件耐用性和減輕重量，從而增強零件的效率和性能。
• 能源與礦山機械：可以用于能源領域中高耐磨性、高溫抗氧化性需求零部件的表面修復與強化，特別適用于礦山機械中需要耐磨損和抗腐蝕的部件。
• 汽車模具：在汽車制造中，可用于模具的修復和新品強化，有效延長模具壽命并降低生產(chǎn)成本。
• 科研教學：環(huán)聚激光的設備也被多家科研機構(gòu)用于教學和研究，幫助培養(yǎng)新一代的增材制造人才。
  

隨著全球制造業(yè)向著智能化、綠色化的方向發(fā)展，激光增材制造作為重要支撐技術(shù)逐步進入各大企業(yè)的視野。環(huán)聚激光通過不斷創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)，開發(fā)了系列核心熔覆頭產(chǎn)品，在激光增材制造領域樹立了標桿。此外，公司將進一步提升裝備的智能化、綠色化水平，以便實現(xiàn)更高精度和更高效的生產(chǎn)，公司產(chǎn)品未來也有望覆蓋更多的行業(yè)應用。

關(guān)于蘇州環(huán)聚激光

蘇州環(huán)聚激光科技有限公司由蘇州大學激光制造團隊孵化而來，科研背景深厚。公司位于蘇州工業(yè)園區(qū)，主要致力于激光智能增材制造裝備、關(guān)鍵器件研發(fā)、生產(chǎn)和技術(shù)服務等。

環(huán)形光“光內(nèi)送粉/送絲”（光包粉/絲）技術(shù)與工藝是團隊的特色產(chǎn)品及研究方向，目前已取得相關(guān)授權(quán)專利80余項，獲得2016年中國發(fā)明專利獎優(yōu)秀獎、2023年江蘇省科技獎、2023年中國產(chǎn)學研合作創(chuàng)新與促進獎等獎項。自2012年以來，光內(nèi)送粉/送絲裝備與工藝已在國內(nèi)外百余家軍民企業(yè)、科研院所得到應用。相關(guān)技術(shù)在航空航天、船舶、能源礦山、汽車模具等多個領域得到了廣泛應用，得到了行業(yè)的高度認可。

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