En 1974, Gnanamuthu, d'ACVO EVERETT RES LAB INC aux États-Unis, a présenté le premier système d'information sur la santé. brevet de revêtement par laser (US3952180A), marquant le début de la recherche fondamentale sur la technologie de la gaine laser. Toutefois, en raison des limites de la technologie laser, le développement industriel du rechargement laser a été lent pendant longtemps. Ce n'est qu'au 21e siècle, avec la maturité de la technologie des lasers à haute puissance, que l'industrialisation de la gaine laser a commencé. rechargement laser a commencé à s'accélérer.

La technologie du rechargement par laser offre de nombreux avantages, tels qu'une faible dilution, un apport de chaleur minimal et la polyvalence des matériaux. Au fil du temps, divers types de rechargement laser ont été développées et largement appliquées dans des domaines tels que la fabrication additive, le reconditionnement et l'ingénierie de surface. Les types courants de rechargement laser peuvent être classées en fonction du type de matériau et de la forme de couplage entre le faisceau laser et le matériau. Il s'agit notamment de Revêtement coaxial par laser à poudre, rechargement par laser à poudre hors axe (également connu sous le nom de revêtement laser par alimentation latérale en poudre), rechargement par laser à grande vitesse (également connu sous le nom de gainage laser à ultra-haute vitesse), et rechargement par laser de fils à grande vitesse.

Revêtement par laser à poudre coaxial

Revêtement coaxial par laser à poudre utilise généralement un laser à fibre semi-conducteur et un dispositif d'alimentation en poudre à air de type disque. La tête de gainage utilise un point lumineux circulaire avec une sortie centrale, où la poudre est distribuée autour du faisceau laser ou en plusieurs flux. Un canal de gaz protecteur spécial est mis en place pour garantir que le flux de poudre, le faisceau laser et le flux de gaz protecteur se rencontrent en un seul point. Cela forme un bassin de fusion au foyer et, lorsque la tête de rechargement se déplace par rapport à la pièce, la couche de rechargement se forme à la surface.

Avantages du rechargement par laser à poudre coaxiale :

• Grande liberté, automatisation facile: Le placage pouvant être effectué dans n'importe quelle direction, il est facile d'automatiser le processus. La tête de placage peut se déplacer librement sur n'importe quelle partie de la pièce, ce qui permet le placage de surfaces de pièces aux formes complexes. Utilisée comme tête d'impression 3D, Revêtement coaxial par laser à poudre peut effectuer Impression laser 3D.
• Protection par gaz inerte de la piscine en fusion: La poudre est transportée par le gaz et protégée par un gaz inerte, ce qui minimise l'oxydation. Le processus de revêtement dans une atmosphère inerte contrôlée garantit un revêtement de meilleure qualité avec moins d'oxydes.
• Petit bassin de fusion, chauffage uniforme, bonne résistance aux fissures: Le Revêtement coaxial par laser à poudre garantit un chauffage uniforme de la poudre, ce qui permet de réduire la taille du bain de fusion. La couche de revêtement résiste ainsi à la fissuration, même lorsque l'on travaille avec des matériaux résistants comme le carbure de tungstène.

Applications : Revêtement coaxial par laser à poudre est couramment utilisé pour les pièces de précision telles que les arbres, les engrenages, les boîtiers et les composants de forme complexe pour la modification de la surface et la refabrication additive. Dans le métal Impression 3D, Il est souvent utilisé pour la mise en forme de grandes parties de filets et la préparation de matériaux de gradient.

Revêtement par laser à poudre hors axe

Revêtement par laser à poudre hors axe (également connu sous le nom de cladding laser à alimentation latérale en poudre) utilise généralement un laser à semi-conducteur à sortie directe ou un laser à fibre à semi-conducteur avec une alimentation en poudre par gravité. La tête de rechargement utilise un spot lumineux rectangulaire avec une alimentation latérale en poudre à large bande. En cours de fonctionnement, la poudre d'alliage est amenée à la surface de la pièce, où elle est balayée par le faisceau laser pour former un bain de fusion, qui se refroidit pour créer la couche de revêtement.

Avantages du rechargement par laser à poudre hors axe :

• Utilisation élevée des matériaux: Par rapport à Revêtement coaxial par laser à poudre, l'utilisation des matériaux de rechargement par laser à poudre hors axe peut atteindre plus de 95%. La poudre est prépositionnée sur la pièce et le faisceau laser la fait fondre sans gaspiller de poudre comme c'est souvent le cas avec les méthodes d'alimentation coaxiale.
• Efficacité accrue du revêtement: En utilisant un spot lumineux rectangulaire, cette méthode augmente l'efficacité du revêtement. Avec une puissance laser plus élevée et une plus grande largeur de spot, il est possible d'obtenir des largeurs de gainage allant jusqu'à 30 mm, avec une efficacité de gainage allant jusqu'à 1m/h ou 12Kg/h.
• Pas de consommation de gaz inerte: Revêtement par laser à poudre hors axe utilise une alimentation en poudre par gravité et ne nécessite pas l'utilisation d'un gaz inerte, ce qui permet d'économiser sur les coûts des matériaux. Toutefois, cette technique nécessite de l'air comprimé et peut ne pas être aussi efficace pour les matériaux sujets à l'oxydation.

Applications : Cette technique est généralement appliquée à des pièces plus grandes et plus simples, telles que des cylindres hydrauliques, des rouleaux et d'autres pièces de grande taille, dans le cadre du revêtement de surface et de la refabrication additive.

Revêtement par laser à ultra-haute vitesse

Développé par l'Institut Fraunhofer pour la technologie laser (Fraunhofer ILT) en Allemagne, rechargement par laser à ultra-haute vitesse est une technologie de pointe promue en Chine depuis 2017. Cette technologie utilise des lasers à fibre de haute qualité et des têtes de rechargement laser à grande vitesse conçues avec précision, ainsi que des systèmes de mouvement à grande vitesse ou à haute vélocité. Le faisceau laser et le flux de poudre sont couplés avec précision, ce qui permet à la poudre de fondre avant d'entrer dans le bain de fusion, d'où des vitesses de gainage nettement plus rapides, jusqu'à 200 mètres par minute, par rapport aux vitesses traditionnelles de 2 mètres par minute.

Avantages du rechargement par laser à ultra-haute vitesse :

• Efficacité élevée de l'utilisation de l'énergie laser: La conception du faisceau laser, du flux de poudre et du couplage avec le gaz inerte réduit considérablement les pertes par réflexion et diffusion, améliorant ainsi l'efficacité énergétique. Alors que les procédés traditionnels de rechargement laser comme les méthodes coaxiales et hors axe ont des taux d'utilisation de l'énergie d'environ 35%, rechargement par laser à ultra-haute vitesse atteint des taux d'utilisation de l'énergie d'environ 65%.
• Efficacité élevée du revêtement: En raison de sa plus grande efficacité énergétique, rechargement par laser à ultra-haute vitesse permet des vitesses de gainage extrêmement élevées et des couches minces, ce qui se traduit par une efficacité de gainage très élevée (jusqu'à 0,7 m/s ou plus).
• Faible taux de dilution: La courte durée d'existence du bain de fusion due à la vitesse de balayage élevée se traduit par un faible taux de dilution, ce qui garantit la qualité de la couche de revêtement.
• Bonne rugosité de surface et bonne résistance aux fissures: Le revêtement produit par cette technologie présente une faible rugosité et une excellente résistance aux fissures.

Applications : Revêtement par laser à ultra-haute vitesse est idéal pour le revêtement à haut débit de grandes pièces et de celles qui nécessitent une dilution minimale, comme la protection de surface de nouvelles pièces ou les revêtements à haute performance de composants existants.

Revêtement par laser à fil à grande vitesse

Le rechargement par laser de fils à grande vitesse est une technique de gainage laser de nouvelle génération mise au point pour répondre aux exigences du marché en matière de fabrication écologique, à haut rendement et de haute qualité. Cette technologie utilise des systèmes d'alimentation en fil de haute précision avec des lasers à fibre pour effectuer le gainage avec du fil métallique comme matériau d'alimentation.

Avantages du rechargement par laser à fil à grande vitesse :

• Respectueux de l'environnement: Contrairement au revêtement laser traditionnel à base de poudre, rechargement par laser de fils à grande vitesse ne génère ni poussière, ni fumées, ni déchets de poudre métallique, ce qui la rend plus respectueuse de l'environnement.
• Utilisation élevée des matériaux: Le fil métallique est entièrement fondu et forme la couche de revêtement sans déversement ni déchet, ce qui permet d'atteindre des taux d'utilisation du matériau allant jusqu'à 99%.
• Efficacité élevée du revêtement: Grâce au préchauffage du fil, l'énergie et le temps nécessaires pour faire fondre le matériau sont considérablement réduits, ce qui se traduit par une efficacité accrue du rechargement par rapport au rechargement traditionnel par laser à poudre.
• Faible apport de chaleur, déformation minimale: Cette méthode nécessite moins d'énergie et offre un apport de chaleur plus faible, ce qui minimise la déformation des pièces. Cette technologie est idéale pour les composants délicats tels que les pièces à parois minces ou allongées.

Applications : Revêtement par laser à fil à grande vitesse est largement utilisé pour la protection de surface, le réusinage additif et le revêtement de pièces susceptibles de se déformer, telles que de longs arbres ou des composants à parois minces.

Conclusion

L'évolution de la rechargement laser des méthodes traditionnelles aux méthodes à ultra-haute vitesse, a considérablement amélioré les capacités de fabrication industrielle. Ces progrès rechargement laser offrent une utilisation élevée des matériaux, une efficacité accrue et des processus respectueux de l'environnement, ce qui les rend idéales pour diverses applications dans des secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile et la machinerie lourde.

Revêtement laser continue d'évoluer et jouera un rôle de plus en plus central dans le développement de la fabrication avancée, offrant des avantages économiques et environnementaux substantiels. Au fur et à mesure de son adoption, elle devrait révolutionner la manière dont les industries abordent le traitement de surface et la fabrication additive, en fournissant un outil puissant pour répondre aux besoins de la fabrication moderne.