激光复合加工装备是指包括激光器、激光器控制模块、光纤、五轴机器人、随动装置、送丝机构、焊枪、激光头、工作台、底座等在内的一套系统性设备。激光复合加工设备具有能够保持工序集中,减少夹具数量及工件重装定位次数,提高加工精度,缩短周期,集激光切割,激光焊接与激光表面处理于一体,具有精密,转换效率高,光束质量好,速度快等优点。但是这项技术较为前沿,现有的金属激光增材制造技术难以兼顾高效率、高质量、高精度、低成本等问题。因此在激光增材制造过程中复合单一或者多种传统加工工艺(激光复合加工设备),是未来激光增材制造设备的发展方向之一。
新思界产业研究中心出具的《2021年全球及中国激光复合加工装备产业深度研究报告》显示,我国的激光复合制造技术成熟度仍处于较低水平,主要原因是由于我国激光减材制造中数控技术较落后,同时,针对增减材制造的控制系统设计能力也与国外有一定差距,其工艺评价体系也需要得到规范。通过激光增材与减材制造技术的有机融合,研发航空航天、汽车、消费电子和医疗器械等领域复杂零件的高性能增减材复合制造工艺技术和相匹配的材料体系,探索激光增材与其它技术复合的相互影响机理、控形控性规律,以及协同、集成调控方法,建立激光增减材复合制造策略是未来的一个重要研究方向。
高性能大型金属构件是激光复合加工设备最有前景的应用目标场景
高性能大型金属构件的应用,特别是在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于粉床激光熔化技术成型尺寸较小,不能满足大尺寸零件成型的需求,因此对于此类大型零件目前一般采用定向能量沉积技术,但成型精度不能得到很好保证。而激光复合加工装备的优势能够很好的解决这些问题,因此航空航天也被认为是未来激光复合加工装备最有应用前景的领域之一。
轨道交通装备制造应用仍处于前沿探索阶段
激光复合加工的增材制造技术在轨道交通装备制造的应用目前处于前沿探索性阶段。德国联邦铁路公司于2015年开始采用激光增材制造技术进行轨道交通装备运营和维护,先后与Concept Laser、Materialize、EOS等企业进行零部件的优化设计,获得了具有中空结构的轴承盖,提高了轴承盖的抗振性能和耐磨性。法国阿尔斯通公司基于激光增材制造技术对列车的转向架抗侧滚扭杆安装座进行拓扑优化设计,实现了减重70%的目标。中国的中车集团采用SLM技术完成了机车高压接地开关传动件的成型。
整体来看,激光复合加工装备所需要的配套产业多,技术复杂,但其应用领域与场景对于国家而言具有战略意义,在最新发布的《战略性新兴产业分类(2018)》中激光复合加工装备也被作为“十四五”期间重点发展的产业之一,未来中国激光复合加工装备市场将进一步加大研发投入,也将有更多的突破性技术出现,进而推动整个市场的发展,并对应用市场产生更大的利好效应。
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