中国工程院院刊|激光再制造技术与应用发展研究( 二 )
【中国工程院院刊|激光再制造技术与应用发展研究】
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（三）激光再制造产业是促进可持续发展的重要力量
《中国制造 2025》将绿色制造作为五大工程之一 ， 更明确指出要组织实施传统制造业能效提升、清洁生产、节水治污、循环利用等专项技术并加以改造 。 而激光再制造产业与绿色制造的理念高度契合 ， 为传统制造业可持续发展提供重要支撑 。
激光再制造技术具有热量输入集中、工件损伤小、加工速度快等特点 ， 是一种新兴的绿色再制造技术 。 激光再制造技术可实现关键零部件的快速修复并减少资源浪费 ， 降低停机造成的能源和经济损失 ， 促进可持续发展 。 另外 ， 激光再制造产业在制造过程中“三废”排放少 ， 污染源可控 ， 这与我国构建循环经济高度契合 ， 并有利于促进节能减排战略需求的部署实施 。
（四）激光再制造技术深刻改变着高端装备的设计与运行方式
高端装备制造业的绿色、低能耗、高品质发展已是当务之急 ， 对关键零部件进行全生命周期管理已成为高端装备发展的重要趋势 。 激光再制造技术的出现和使用 ， 完善了关键零部件全生命周期管理的内涵 。 具体来说 ， 关键零部件在设计阶段要考虑修复可能性 ， 在服役阶段要考虑使用寿命等的信息反馈 ， 在报废阶段要考虑非破坏性分解等报废方式 。 同时 ， 通过加强对产品失效分析及剩余寿命变化规律的探索 ， 可以实现零部件失效部位高性能表面涂层的设计与制备以及薄弱部位的加工完善和质量控制 。
全生命周期的制造模式将从源头上有效治理制造业污染 ， 弥补设备运行停顿带来的损失 ， 颠覆传统的制造模式 。 而激光修复与再制造技术作为其中的关键一环 ， 深刻改变着制造业装备的设计思路和运行方式 。
三、激光再制造技术发展现状
（一）激光再制造技术在不同工业领域零部件修复中实现应用
随着大功率激光器及其配套设备的不断发展 ， 越来越多的国家加强对激光再制造技术在机械零件制造和修复领域的理论与技术研究 。 如图 2 所示 ， 目前激光再制造技术已在航空、航天、国防工业、矿山机械、能源动力、冶金装备等工业领域实际应用 。 国外激光再制造技术的应用主要集中于国防工业及航空、航天领域 ， 如应用激光再制造技术修复航空发动机失效零部件 。
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图 2 面向不同工业领域的激光再制造技术
我国激光再制造技术在军用领域主要用于构建军用航空发动机关键零部件再制造核心技术体系；在民用工业领域 ， 激光再制造技术已在矿山机械、能源动力、冶金装备等领域的煤矿液压支架、汽轮机转子及叶片、冶金辊道、芯棒、轧机牌坊等大型装备及关键零部件的修复中实现应用 ， 其中 ， 煤矿液压支架的激光再制造技术已实现了批量化应用 。
（二）能场辅助激光再制造成为高质量再制造的重要手段
面向高端装备关键零部件的高质量修复、现场修复需求 ， 单一能束的激光金属成形技术存在易产生气孔、残余应力、微裂纹等缺陷 ， 从而影响到修复件的性能和稳定性 。 因而 ， 仅仅通过改变激光工艺已难以满足高端装备对精确性、复杂性和高性能等的再制造需求 。
据此 ， 国内外学者提出采用电磁场 [15,16]、感应热场 [17]、超声振动 [18~20] 等外加能场耦合作用于激光再制造过程（见图 3） 。 具体来看 ， 面向窄深缺陷修复问题以及严格无气孔要求 ， 引入电磁场调节熔池流动、抑制气孔；面向对微观组织有严格要求的部件 ， 引入超声能场对组织形貌进行调控；面向易开裂材料或部位 ， 引入热场降低温度梯度 ， 降低残余应力风险 。 当前 ， 能场辅助激光再制造技术已成为研究热点 ， 但相关技术仍处于实验室研发及原型样机研发阶段 。 面向工业应用需求 ， 亟需在复合制造工艺定型、能场复合集成设备等方面继续开展研发 ， 以满足未来高端装备对高质量、高效率的修复需求 。
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