1974년 미국 ACVO EVERETT RES LAB INC의 그나나무투는 최초로 레이저 클래딩 특허 (US3952180A) 특허를 취득하며 레이저 클래딩 기술에 대한 기초 연구의 시작을 알렸습니다. 그러나 레이저 기술의 한계로 인해 레이저 클래딩의 산업적 발전은 오랫동안 더디게 진행되었습니다. 21세기가 되어서야 고출력 레이저 기술이 성숙해지면서 레이저 클래딩의 산업화는 레이저 클래딩 기술이 가속화되기 시작했습니다.

레이저 클래딩 기술은 낮은 희석, 최소한의 열 입력, 재료의 다양성 등 다양한 이점을 제공합니다. 시간이 지남에 따라 다양한 유형의 레이저 클래딩 기술이 개발되어 적층 제조, 재제조, 표면 공학 등의 분야에 널리 적용되고 있습니다. 일반적인 유형의 레이저 클래딩 기술은 재료 유형과 레이저 빔과 재료의 결합 형태에 따라 분류할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 동축 파우더 레이저 클래딩, 오프축 파우더 레이저 클래딩 (측면 분말 공급 레이저 클래딩이라고도 함), 고속 레이저 클래딩 (초고속 레이저 클래딩이라고도 함) 및 고속 와이어 레이저 클래딩.

동축 분말 레이저 클래딩

동축 파우더 레이저 클래딩 일반적으로 반도체 파이버 레이저와 디스크형 공기 공급식 파우더 피더를 사용합니다. 클래딩 헤드는 중앙 출력이 있는 원형 광점을 사용하여 레이저 빔 주변 또는 여러 스트림으로 파우더를 전달합니다. 파우더 흐름, 레이저 빔, 보호 가스 흐름이 한 지점에서 만나도록 특수 보호 가스 채널이 설정되어 있습니다. 이렇게 하면 초점에 용융 풀이 형성되고 클래딩 헤드가 공작물을 기준으로 이동하면서 표면에 클래딩 층이 형성됩니다.

동축 파우더 레이저 클래딩의 장점:

• 높은 자유도, 간편한 자동화: 어느 방향으로든 클래딩이 가능하기 때문에 공정 자동화가 용이합니다. 클래딩 헤드는 공작물의 어느 부분으로든 자유롭게 움직일 수 있어 복잡한 형상의 부품을 표면 클래딩할 수 있습니다. 3D 프린팅 헤드로 사용 시, 동축 파우더 레이저 클래딩 수행 가능 3D 레이저 인쇄.
• 용융 풀을 위한 불활성 가스 보호: 분말은 가스에 의해 운반되고 불활성 가스로 보호되어 산화를 최소화합니다. 제어된 불활성 분위기에서의 클래딩 공정은 산화물이 적은 고품질 코팅을 보장합니다.
• 작은 용융 풀, 균일한 가열, 우수한 균열 저항성: : The 동축 파우더 레이저 클래딩 공정은 파우더를 고르게 가열하여 용융 풀이 더 작아집니다. 따라서 텅스텐 카바이드와 같은 거친 재료로 작업할 때도 클래딩 레이어가 균열에 강합니다.

애플리케이션: 동축 파우더 레이저 클래딩 는 일반적으로 샤프트, 기어, 하우징, 복잡한 형상의 부품과 같은 정밀 부품에 표면 수정 및 적층 재제조용으로 사용됩니다. 금속 3D 프린팅, 는 주로 그물 모양에 가까운 모양과 그라데이션 재료 준비에 많이 사용됩니다.

오프축 파우더 레이저 클래딩

오프축 파우더 레이저 클래딩 (측면 분말 공급 레이저 클래딩이라고도 함)은 일반적으로 직접 출력 반도체 레이저 또는 중력 분말 공급기가 있는 반도체 파이버 레이저를 사용합니다. 클래딩 헤드는 측면 광대역 분말 공급이 가능한 직사각형 광점을 사용합니다. 작동 중에 합금 분말이 공작물 표면으로 전달되어 레이저 빔으로 스캔되어 용융 풀을 형성하고 냉각되어 클래딩 층을 만듭니다.

오프 축 파우더 레이저 클래딩의 장점:

• 높은 재료 활용도: 다음에 비해 동축 파우더 레이저 클래딩, 의 재료 활용도 오프축 파우더 레이저 클래딩 95% 이상에 도달할 수 있습니다. 파우더는 공작물에 미리 배치되어 있으며, 레이저 빔은 동축 공급 방식에서 흔히 볼 수 있는 파우더 낭비 없이 파우더를 녹입니다.
• 더 높은 클래딩 효율성: 직사각형 광점을 사용하여 클래딩 효율을 높이는 방식입니다. 더 높은 레이저 출력과 더 큰 스팟 폭으로 최대 30mm의 클래딩 폭을 달성할 수 있으며, 클래딩 효율은 최대 1m/h 또는 12Kg/h입니다.
• 불활성 가스 소비 없음: 오프축 파우더 레이저 클래딩 는 중력 분말 공급을 사용하며 불활성 가스를 사용할 필요가 없어 재료비를 절약할 수 있습니다. 그러나 이 기술은 압축 공기가 필요하며 산화가 쉬운 재료에는 효과적이지 않을 수 있습니다.

응용 분야: 이 기술은 일반적으로 유압 실린더, 롤러 및 기타 대형 부품의 표면 클래딩 및 적층 재제조와 같은 더 크고 단순한 부품에 적용됩니다.

초고속 레이저 클래딩

독일 프라운호퍼 레이저 기술 연구소(Fraunhofer ILT)에서 개발했습니다, 초고속 레이저 클래딩 는 2017년부터 중국에서 추진되고 있는 획기적인 기술입니다. 이 기술은 고속 또는 고속 모션 시스템과 함께 고품질 파이버 레이저와 정밀하게 설계된 고속 레이저 클래딩 헤드를 사용합니다. 레이저 빔과 파우더 흐름이 정밀하게 결합되어 파우더가 용융 풀에 들어가기 전에 녹을 수 있으므로 클래딩 속도가 최대 50%까지 훨씬 빨라집니다. 분당 200미터, 기존 속도인 분당 2미터에 비해 훨씬 빠른 속도입니다.

초고속 레이저 클래딩의 장점:

• 높은 레이저 에너지 활용 효율: 레이저 빔, 파우더 흐름, 불활성 가스 커플링의 설계로 반사 및 산란 손실을 크게 줄여 에너지 효율을 개선합니다. 기존 레이저 클래딩 동축 및 축외 방식과 같은 기술의 에너지 사용률은 약 35%입니다, 초고속 레이저 클래딩 는 약 65%의 에너지 사용률을 달성합니다.
• 높은 클래딩 효율성: 에너지 효율이 높기 때문입니다, 초고속 레이저 클래딩 는 매우 빠른 클래딩 속도와 얇은 레이어를 구현하여 매우 높은 클래딩 효율(최대 0.7m/s 이상)을 제공합니다.
• 낮은 희석 비율: 빠른 스캔 속도로 인해 용융 풀이 존재하는 시간이 짧아 희석률이 낮아 클래딩 층의 품질을 보장합니다.
• 우수한 표면 거칠기 및 균열 저항성: 이 기술로 생산된 클래딩은 거칠기가 낮고 내균열성이 우수합니다.

애플리케이션: 초고속 레이저 클래딩 는 대형 부품의 처리량이 많은 클래딩과 새 부품의 표면 보호 또는 기존 부품의 고성능 코팅과 같이 최소한의 희석이 필요한 클래딩에 이상적입니다.

고속 와이어 레이저 클래딩

그리고 고속 와이어 레이저 클래딩 기술은 친환경, 고효율, 고품질 제조에 대한 시장의 요구를 충족하기 위해 개발된 차세대 레이저 클래딩 기술입니다. 이 기술은 파이버 레이저가 장착된 고정밀 와이어 공급 시스템을 사용하여 금속 와이어를 공급 재료로 클래딩을 수행합니다.

고속 와이어 레이저 클래딩의 장점:

• 환경 친화적: 기존의 파우더 기반 레이저 클래딩과 달리, 고속 와이어 레이저 클래딩 는 먼지, 연기, 금속 분말 폐기물을 발생시키지 않아 더욱 환경 친화적입니다.
• 높은 재료 활용도: 금속 와이어가 완전히 녹아 유출이나 낭비 없이 클래딩 층을 형성하여 최대 99%의 재료 활용률을 달성합니다.
• 높은 클래딩 효율성: 와이어의 예열로 인해 재료를 녹이는 데 필요한 에너지와 시간이 크게 줄어들어 기존의 분말 레이저 클래딩에 비해 클래딩 효율이 높아집니다.
• 낮은 열 입력, 최소한의 변형: 이 방법은 더 낮은 에너지가 필요하고 열 입력이 적어 공작물 변형을 최소화합니다. 이 기술은 벽이 얇거나 길쭉한 부품과 같은 섬세한 부품에 이상적입니다.

애플리케이션: 고속 와이어 레이저 클래딩 는 긴 샤프트나 얇은 벽의 부품과 같이 변형되기 쉬운 부품의 표면 보호, 적층 재제조 및 클래딩에 널리 사용됩니다.

결론

의 진화 레이저 클래딩 전통적인 방식에서 초고속 방식에 이르기까지 다양한 기술을 통해 산업 제조 역량이 크게 향상되었습니다. 이러한 발전은 레이저 클래딩 는 높은 재료 활용도, 향상된 효율성, 환경 친화적인 공정을 제공하므로 항공우주, 자동차, 중장비 등 다양한 산업 분야에 이상적입니다.

레이저 클래딩 기술은 계속 발전하고 있으며 첨단 제조업의 발전에서 점점 더 중추적인 역할을 하며 상당한 경제적, 환경적 이점을 제공할 것입니다. 이 기술이 더욱 널리 채택됨에 따라 표면 처리 및 적층 제조에 대한 업계의 접근 방식이 혁신적으로 변화하여 현대 제조업에 필요한 강력한 도구를 제공할 것입니다.