レーザーを「ペン」、金属粉を「インク」として使用
レーザー再生技術は、レーザークラッディングを核とした高度な修復技術です。レーザー加工、材料科学、デジタル技術を統合します。損傷したコンポーネントの幾何学的寸法を復元するだけでなく、そのパフォーマンスを新品の製品と同等またはそれ以上にすることもできます。この技術は、高品質、効率、省エネ、材料節約、環境保護を特徴としており、グリーン産業の発展を推進する重要な原動力となっています。 「中国製造 2025」戦略ではグリーン製造が主要プロジェクトとして強調されており、レーザー再製造は強力な政策支援を受けています。中国のレーザー再製造産業の規模は2025年までに100億元に達すると推定されており、巨大な市場潜在力を示し、製造業の循環利用エコシステムを積極的に再構築している。
技術原理と比較優位性
レーザー再製造の技術的基盤はレーザー クラッディングです。これは、高エネルギーのレーザー ビームを使用してクラッディング材料を溶かし、基板表面に冶金的に結合した層を形成します。{0}}この技術には、従来の修復方法に比べて大きな利点があります。熱影響ゾーンが小さく、ワークピースの変形が最小限に抑えられます。-精密な制御によるクラッド層の低い希釈率。微細な欠陥がほとんどないクラッド層の緻密な微細構造。基材との高い金属結合強度。レーザー再生で一般的に使用される材料には、Co-Cr ベース、Ni-Cr ベース、Fe-Cr ベースの合金粉末が含まれます。また、セラミック材料を追加して金属-セラミック コーティングを形成することもできます。溶射などの従来の技術と比較して、レーザー-で修復された層は基材と金属結合を形成し、その結果、細孔、亀裂、スラグ混入などの欠陥が排除された均一で微細な内部構造が得られます。一方、溶射皮膜は機械的に結合されており、多数の細孔が含まれています。
開発の歴史と用途拡大
レーザー再製造技術は 1970 年代に誕生しました。 1974 年、アメリカの研究者 Gnanamuthu が金属基板上でのレーザー クラッディングを初めて達成しました。 1981 年、イギリスのロールスロイス社は、航空機エンジンのブレードの修理にレーザー被覆技術を適用し、産業応用段階に参入しました。{6}改革開放以来、外国のハイエンド機器の導入と主要なエンジニアリング プロジェクトの修理ニーズにより、中国におけるレーザー再製造技術の開発の機会が提供されてきました。{8}}近年、中国におけるレーザー再製造技術の適用範囲は、航空および防衛から、鉱山機械、エネルギー電力、冶金設備を含む10以上の産業に拡大しています。中国では 300 社近くのレーザー再生企業が設立され、大学、研究機関、産業界が関与する共同開発パターンを形成し、研究中心から産業応用へのこの技術の飛躍的な開発を推進しています。
主要な技術的進歩と革新
レーザー再生装置は、CO2レーザーからファイバーレーザー、半導体レーザーへと技術進化を遂げてきました。新しいレーザー装置は、より高い柔軟性とより短い波長特性を備えており、より幅広い応用の可能性が期待できます。エネルギー-場-を利用したレーザー再製造は、高品質の再製造のための重要な手段となっています。-電磁場、誘導加熱場、超音波振動などの外部エネルギー場を導入することにより、溶融池の流れを効果的に制御し、細孔を抑制し、微細構造を制御することができます。現場での再製造ニーズを満たすために、研究者らは全角レーザー被覆技術を克服し、さまざまな傾斜角でのレーザー修復を実現しました。-しかし、レーザー再製造は依然として、専用材料の種類が限られている、中核となる機器やコンポーネントが輸入に依存しているなどの課題に直面しており、これがさらなる産業発展を制約しています。
業界での応用と経済的メリット
鉱山機械業界では、クラッシャーのメインシャフトや油圧サポートコラムなどの主要コンポーネントを修理するためにレーザー再製造技術が使用されています。修理された主軸の耐用年数は 2-3 倍に延長されます。鉄鋼業界では、この技術はローラーの補修に応用されています。修理されたローラーの性能は従来のプロセスと比較して数倍向上し、価格は新品ローラーのわずか 3 分の 1 です。石油化学産業や電力産業では、ガスタービンや蒸気タービンなどの主要機器の修理にレーザー再生技術が使用されており、コストは新品の機器の 10% 未満です。統計によると、中国で廃棄される油圧支柱の年間量は約45万トンです。レーザー被覆材再製造技術を使用すると、標準石炭を年間 190,000 トン節約でき、大気汚染を大幅に削減できます。この技術はコストを 40%、エネルギーを 60%、材料を 70% 削減し、排出量を 80% 削減することができ、経済的および環境的に大きなメリットをもたらします。
レーザー機器のコンポーネント
ファイバーレーザー加工機
レーザークラッディングヘッド
粉体供給装置
レーザー硬化ヘッド
課題と今後の動向
レーザー再生技術の開発は、4 つの主要な課題に直面しています。1 つは種類が限られている専用材料と、高性能の修復材料の不足です。-主要な機器やコンポーネントを輸入に依存している。業界の認識が不十分。そして不完全な標準システム。将来的には、テクノロジーはインテリジェンスと自動化に向けて発展するでしょう。人工知能と機械学習を使用して製造パラメータを最適化し、リアルタイムの品質管理を実現します。- -現場での再製造も重要なトレンドであり、レーザー機器は小型化と統合化に向けて発展しています。中国のレーザー再製造産業の発展目標は、2035年までにインテリジェント技術を成熟させ、産業規模を500億元に達することである。長期的には、レーザー再製造は分散サービス システムをサポートし、ハイエンド機器の製造における広範な応用を実現し、循環経済の中核となる技術サポートを提供します。{10}