レーザ増材製造技術は、レーザ3 D印刷技術とも呼ばれ、コンピュータ支援の下で、三次元実体モデルのスライスを二次元層シートとして処理し、二次元層シートをさらに一次元線として離散化し、レーザー溶着技術を用いて点毎に堆積し、最終的には三次元実体部品の形成を実現するレーザー製造技術である。従来の製造技術と比較して、この技術は柔軟性があり、インテリジェント化が容易で、生産周期が短い、高い機械性能の部品が生産できるなどの特徴があり、この技術はすでに航空、国防、交通、エネルギー、冶金、鉱採などの分野で広く応用され、魅力的な見通しを示しています。
レーザ増材の再製造は、レーザ溶接技術を基礎として、兵役失効部品及び誤加工部品に幾何学形状及び機械的性能回復を行う技術行為である。近代的な工業と国防の多くの重要な装備は生産プロセスが複雑で、工程が長く、コストが高いです。これらの装備は兵役中に、いくつかの重要な部品は摩耗、腐食、疲労、事故などの原因で失効して、設備の正常運行に影響します。コストを約束して、極めて大きい経済効果を創造します。いくつかの部品の加工手順は複雑で、難度が高く、誤傷が発生しやすいです。多くの場合、誤って加工した部品は廃棄処理しかできません。これは大きな浪費と損失をもたらします。これらの誤った加工した部品に対して、増材製造の修復を行います。部品の合格率を大幅に高め、生産周期を短縮し、経済効果を高め、損失を挽回します。レーザ増材の再製造は先進的な再製造修復手段であり、この技術の熱源エネルギーが集中しており、基体性能に影響が小さい場合に、部品の幾何学形状及び機械性能の高品質回復を実現し、この技術を採用して服役失効及び誤加工部品の再製造修復を行い、良い現実的意義を持っています。現在、レーザー増材の再製造技術は航空エンジン、ガスタービン、鉄鋼冶金、軍隊の保障などの分野で広く応用されています。
レーザ増材の再製造技術原理はレーザー3 D印刷技術に近いが、独自の特徴がある。典型的なレーザー増材の再製造プロセスは以下の通りである。分解—洗浄—分類—検査—判別—再製造修復—後加工—検査。分解洗浄後の再製造待ち部品については、まず無傷検査と寿命評価を行い、その後、再製造可能部品に対して再製造修復を行い、その後熱処理と後加工を行い、最後に再製造部品の品質を検査評価し、再製造品の合格を判定し、その中の最も核心的な段階は修復段階である。レーザー3 Dプリント技術と比べて、レーザ増材の再製造技術はまた、基体に対する熱損傷、再製造材料と基体の界面、再製造材料と基体の物性整合などの問題に注目する必要があり、問題はより複雑である。レーザー3 D印刷技術については、全体の部品は点ごとに走査して堆積したもので、その製造周期は比較的に長く、コストが高いのに対して、レーザ増材を再製造して失効または誤加工部品を基体として、回復が必要なサイズは往々にして限られており、その製造周期は短く、コストが低いため、その経済効果と社会的利益はより顕著である。
二、レーザー増材の再製造技術応用の現状
レーザ増材の再製造技術は、高機能修復の先進技術を装備しており、異なる工業分野のハイエンド装備高付加価値部品の修理において重要な応用がなされている。イギリスRolls－Royce社は、レーザ溶着技術をRB 211型ガスタービンの羽根の修復に利用しています。米国OptpmecDesign社はレーザー溶着成形技術を用いてT 700機のエンジン部品の摩耗を修復した。米国Huffman社もレーザー溶着成形技術を用いてニッケル基の高温合金及びチタン合金の航空羽根を修復した。アメリカ軍が開発した「移動部品病院」（MPHシステムと略称する）はレーザー溶着技術を利用して金属部品の高速製造と再製造を行った。このシステムはアメリカ海軍と陸軍に組み入れられ、アフガニスタン戦場で重要な役割を果たしました。現在、光溶着技術は世界の主要工業国で多くの研究と応用を得ています。
我が国では、レーザー増材の再製造技術もここ十数年で大きな進歩を遂げ、その工程化応用範囲も徐々に拡大し、航空工業と武器装備整備分野で重要な役割を果たしました。ある工場ではレーザー増材の再製造技術を用いて、航空エンジンの葉っぱと飛行機の他の耐力部品を修復して製造しています。中国科学院自動化所は増材再製造技術を航空エンジンタービンガイド及び船舶羽根の修復に使用します。装備再製造技術国防科学技術重点実験室は国内の再製造分野で唯一の国家級重点実験室であり、レーザー増材の再製造において、装備先行研究プロジェクト、国家自然科学基金プロジェクト、国家973プロジェクトと企業提携プロジェクトなど一連の国家、軍隊と企業の研究任務を引き受け、レーザー材料の再製造における材料、工芸、性能の特徴付けなどの方面は深く研究して探求して、重いキャリアの車のエンジンのカム軸、鋳鉄のつぼの蓋、浸炭の歯車と高速列車の車軸、大型の圧縮機の葉輪と多種の軸の種類の部品などの典型的な装備の部品の再製造の技術の難題を解決して、著しい経済効果と社会効果を創造しました。
レーザ増材の再製造技術は既にハイエンド装備サービス分野の重要な技術手段となっている。国内にはすでにレーザー増材の再製造企業が300社近くあります。その中で瀋陽大陸レーザー技術有限公司は国内で一番早くレーザー溶接技術に基づいてレーザー増材再製造サービスを展開しているハイテク会社です。レーザー増材の再製造技術を複数の工業分野に応用し、航空装備、冶金設備、石油化学設備、エネルギー電力設備と採掘設備などを解決しました。重要部品の応急修理と再製造の難題は、重要な経済効果と社会効果をもたらしました。
現在、浙江工業大学、西北工業大学、華中科技大学、天津工業大学、装甲兵工学院、広州中科学院先進技術研究所、南京先進技術研究院、瀋陽大陸レーザー技術有限公司、遼寧思達思克実業有限公司などの研究院と企業はレーザー材料の再製造技術、装備と材料及び応用に対して深く研究し、実践して、すでに高校、科学研究院と工場企業の三者が競争しながら協力して発展するという構図が形成されました。我が国のレーザー増材の再製造技術研究と応用の主力軍を構成しました。
三、レーザー増材の再製造の重要な問題
レーザ増材再製造は広く応用されているが，一連の重要な問題はさらに検討して解決する必要がある。
- 1.残留応力はレーザー増材の再製造が最も困難な問題の一つである。再製造部品の増材部分はレーザー溶接技術によって点ごとに走査して堆積し、この非線形強結合過程において、材料の温度、物性不均一性が極めて強く、応力、ひずみの発展に伴って、再製造部品に亀裂、変形が生じ、しかも高い残留応力状態も部品の静力学、耐食、疲労などの性能に影響し、最終的には再製造部品の兵役性能と安全に影響します。レーザ3 D印刷技術と比較して，レーザ増材再製造の残留応力問題がより顕著である。レーザー3 Dプリントに対しては、合理的な堆積戦略により、溶着過程の温度場の均一性を調整し、材料の実際の拘束度を調整し、引っ張り応力の過剰蓄積を避けることができます。レーザー増材製造過程では基体形状寸法はしばしば固定されています。また、レーザ増材の再製造過程において、基体材料と再製造材料はしばしば異種材料であり、その降伏強度、熱膨張係数などの残留応力発展に影響する肝心なパラメータは通常大きな差があり、高レベルの残留応力レベルの蓄積をもたらしやすく、応力分布の不均一性を高める。北航王華明教授は残留応力問題をレーザー増材製造の「第一のボトルネック難題」と呼び、レーザー増材製造に対して、この問題の深刻さはこれまでにないもので、さらなる作業が必要です。
- 2.熱影響エリアの性能劣化はレーザ増材の再製造のもう一つの重要な問題である。熱影響領域は通常溶接継手の比較的弱い部分であり、レーザ増材の再製造過程は熱源のエネルギー密度が集中しており、熱影響領域が小さいが、その熱が領域の材料性能の進展に影響するのは依然として注目すべき問題であることが知られている。熱循環は材料のミクロ組織の変化を引き起こし、最終的に材料の性能に影響を及ぼし、熱過程は結晶粒のサイズと均一性に影響を与える可能性があり、析出相の種類、分布及びサイズに影響を及ぼし、材料の固溶度、元素粒界の偏析度などは最終的に熱影響エリアの硬度、強度、塑性、耐食性などの性能に影響を及ぼします。基体から界面にかけては、典型的な熱影響領域は、不完全再結晶領域、再結晶領域、過熱領域などに大別できる。不完全な再結晶領域は粒度の均一性が悪く、性能の均一性も劣ります。再結晶区組織は通常より細いです。過熱領域には多くの異常な成長粒があり、その粒度と性能の均一性も劣ります。レーザ増材はニッケル基、コバルト基、チタン基、鉄基、アルミニウム基などがあり、その熱処理状態は多様で、鋳造状態、鍛造、時効、圧延、浸炭窒素などがあります。そのため、レーザー増材の製造熱影響エリアの性能劣化方式と劣化度には大きな違いがあります。場合、溶接過程の熱影響エリアの研究結果は一定の基準値を持っていますが、レーザー増材の再製造と一般的な溶接過程の熱サイクルの違いに注意しなければなりません。レーザー増材の再製造過程では、熱影響エリアの温度勾配がより大きくなり、温度変化もより激しくなり、熱サイクルの回数がより多くなる可能性があります。
- 3.基体と再製作材料の界面整合性の問題もレーザ増材の再製作にとって重要な問題である。レーザー3 Dプリントと違って、レーザ増材の再製造材料と基体材料の化学成分と熱処理状態はよく違っています。その組織特徴、物理化学性能には必ず一定の違いがあります。これらの違いは界面の結合品質に影響し、欠陥が現れます。界面の問題は主に以下のいくつかの種類がある。一つは界面脆性相であり、基体材料は溶着材と混合し、幾つかの脆性相を生成する可能性がある。例えば、灰鋳鉄件のレーザー増材を再製作する時、黒鉛中の炭素の放出により、極めて高い冷却速度で、界面に焼き入れハード組織「白口」が現れやすく、脆性相の生成はしばしば再製造過程に亀裂が生じ、界面性能がひどく劣化する。もう一つの界面問題は界面の継ぎ目と亀裂であり，基体材料は溶着材と互換性が悪いと界面の湿潤性能が悪く，界面に亀裂空気孔などの欠陥が現れやすく，界面結合強度に影響する。界面物性整合度も界面の重要な問題であり、レーザー増材の再製造過程において、界面の両側の材料は複雑な温度及び応力歪サイクルを経験する必要があり、このような物性の違いは界面応力異常を招きやすく、さらに亀裂が発生し、その後の服役過程において、部品は常に温度負荷及び力負荷に耐える必要があり、この時、熱膨張係数、降伏強さ、硬度、密度などの違いは界面の性能に深刻な影響を及ぼし、さらには剥がれなどの現象が現れ、兵役性能や兵役安全に影響を与えます。事実上、レーザ増材の再製造材料はこの技術の核心であり、基体材料体系、熱処理状態、兵役条件などの要素に基づき、レーザ増材の再製造材料専用データベースを構築し、データ共有を実現し、レーザー増材の再製造産業の発展を促進する必要がある。
- 4.再製造過程の知能化と自動化もレーザー増材製造技術の重要な問題である。レーザー3 Dプリントに対しては、比較的自動化が容易であり、同じ部品は完全に同じ製造戦略を採用することができる。レーザー増材の再製造技術において、更に毛玉の種類は千差万別で、同じ種類の部品であっても、その損傷の方式、損傷の位置、損傷の程度は同じではない。これはレーザー増材の再製造が製造過程のように簡単にロット量化、自動化生産を実現するのは難しいという意味である。この特徴は，レーザ増材の再製作の周期と効率に影響し，その経済性を低下させる。理想的な状況では、まず部品を製造して三次元スキャンを行い、またモデルを製作して理想的な部品モデルと比較してから、自動的に再製造戦略の制定を行い、部品の座標基準点を確定した後、レーザー増材の製造操作を行い、その後の処理を経て、再製造完成部品を得ることができます。現在の実際的な操作の中で、三次元の反需要後の積み上げ戦略は制定されています。まだ理想的な状態に達していません。完全に自動化とインテリジェント化が実現されていません。また製造効果が思わしくないです。いつも人工的に具体的な部品に対して再製造操作を行う必要があります。利益。したがって、三次元の逆需要を引き続き深く研究してから、戦略計画技術を作る必要があります。レーザー増材再製造技術は基体の制限があり、その戦略計画はレーザー3 D印刷技術とある程度の違いがあります。
終わりの言葉
- 1、レーザー増材の再製造は先進的な再製造修復技術であり、すでに鉄鋼、鉱山、機械、交通、エネルギー動力、航空宇宙飛行、国防などの分野で大量の成功応用を獲得し、著しい経済と社会的効果を創造しました。
- 2、残留応力コントロール、基体の熱損傷コントロール、界面整合性、再製造過程の自動化及びインテリジェント化はレーザー増材の再製造技術の四つの重要な問題であり、レーザー増材の再製造の大規模な商業化応用はこの四つの問題の深さ研究と解決に依存する。（装甲兵工学院装備再製造技術国防科学技術重点実験室）
