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(dǎo)讀：近年來(lái)，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(lái)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(qiáng)的熔覆頭產(chǎn)品的自主研發(fā)和生產(chǎn)，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)激光增材制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用有著重要意義。

2024年11月11日，南極熊獲悉，蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院激光制造團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蘇州環(huán)聚激光科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(zhuān)利技術(shù)，光、粉/絲、保護(hù)氣一體同軸，送絲、送粉功能可切換使用。具有掃描無(wú)方向性，工藝區(qū)間寬泛等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于激光表面強(qiáng)化修復(fù)、增材制造、填料焊接等領(lǐng)域。

近年來(lái)，環(huán)聚激光專(zhuān)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(shí)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(gè)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域展示出領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

光內(nèi)送絲/送粉熔覆頭的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)

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(shì)。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(jiǎn)單但存在方向性和光絲耦合位置波動(dòng)敏感問(wèn)題。近年同軸送絲結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外相繼出現(xiàn)，多為多光束會(huì)聚方式，結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜性增加，且尚未完全解決方向性問(wèn)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(mǎn)足表面強(qiáng)化、增材制造和焊接等應(yīng)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(zhuān)利技術(shù)，光、粉/絲、保護(hù)氣同軸一體設(shè)計(jì)，使得熔覆過(guò)程無(wú)方向性、能量分布更均勻、適應(yīng)場(chǎng)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(shì)：

（1)  環(huán)形聚焦光斑，掃描無(wú)方向性；

（2)  光內(nèi)送絲/送粉/粉絲同送多用；

（3)  只需單臺(tái)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(guò)程綠色環(huán)保，無(wú)粉末顆粒污染；

（5)  在開(kāi)放環(huán)境激光沉積過(guò)程中可顯著降低氧氣等氣體摻雜，進(jìn)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(jiǎn)單易維護(hù)；

（8)  可擴(kuò)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(guò)創(chuàng)新的“光包絲/粉”技術(shù)，環(huán)聚激光進(jìn)一步優(yōu)化了制造工藝，能夠在不增加復(fù)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(kāi)發(fā)十余款適用于不同功率和工作場(chǎng)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(zhǎng)焦狹小空間熔覆頭等。這些送粉頭可實(shí)現(xiàn)各類(lèi)懸垂結(jié)構(gòu)的無(wú)支撐全自由增材制造，夠在極小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)噴嘴可達(dá)性，適用于模具修復(fù)等復(fù)雜場(chǎng)景。成形件表面粗糙度Ra1-12μm ，最低可達(dá)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(guò)新型“光夾粉”技術(shù)顯著提高了沉積效率，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大面積增材制造。沉積效率高達(dá)1000cm3/h，特別適用于能源礦山、船舶制造等對(duì)速度和覆蓋面積要求較高的場(chǎng)景。部分光內(nèi)送粉熔覆頭及加工效果如下：

典型應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用于以下行業(yè)：

• 航空航天：在航空航天領(lǐng)域，能夠直接增材制造復(fù)雜異形零構(gòu)件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行精密增材制造和修復(fù)，提升部件耐用性和減輕重量，從而增強(qiáng)零件的效率和性能。
• 能源與礦山機(jī)械：可以用于能源領(lǐng)域中高耐磨性、高溫抗氧化性需求零部件的表面修復(fù)與強(qiáng)化，特別適用于礦山機(jī)械中需要耐磨損和抗腐蝕的部件。
• 汽車(chē)模具：在汽車(chē)制造中，可用于模具的修復(fù)和新品強(qiáng)化，有效延長(zhǎng)模具壽命并降低生產(chǎn)成本。
• 科研教學(xué)：環(huán)聚激光的設(shè)備也被多家科研機(jī)構(gòu)用于教學(xué)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(jìn)入各大企業(yè)的視野。環(huán)聚激光通過(guò)不斷創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)，開(kāi)發(fā)了系列核心熔覆頭產(chǎn)品，在激光增材制造領(lǐng)域樹(shù)立了標(biāo)桿。此外，公司將進(jìn)一步提升裝備的智能化、綠色化水平，以便實(shí)現(xiàn)更高精度和更高效的生產(chǎn)，公司產(chǎn)品未來(lái)也有望覆蓋更多的行業(yè)應(yīng)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(xué)激光制造團(tuán)隊(duì)孵化而來(lái)，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(wù)等。

環(huán)形光“光內(nèi)送粉/送絲”（光包粉/絲）技術(shù)與工藝是團(tuán)隊(duì)的特色產(chǎn)品及研究方向，目前已取得相關(guān)授權(quán)專(zhuān)利80余項(xiàng)，獲得2016年中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)、2023年江蘇省科技獎(jiǎng)、2023年中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新與促進(jìn)獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。自2012年以來(lái)，光內(nèi)送粉/送絲裝備與工藝已在國(guó)內(nèi)外百余家軍民企業(yè)、科研院所得到應(yīng)用。相關(guān)技術(shù)在航空航天、船舶、能源礦山、汽車(chē)模具等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，得到了行業(yè)的高度認(rèn)可。

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