레이저를 "펜"으로, 금속 분말을 "잉크"로 사용
레이저 재제조 기술은 레이저 클래딩을 핵심으로 하는 첨단 수리 기술입니다. 레이저 가공, 재료 과학 및 디지털 기술을 통합합니다. 이는 손상된 부품의 기하학적 치수를 복원할 수 있을 뿐만 아니라 그 성능이 신제품의 성능을 충족하거나 심지어 능가하도록 할 수도 있습니다. 이 기술은 높은 품질, 효율성, 에너지 절약, 재료 절약 및 환경 보호를 특징으로 하며 녹색 산업 발전을 이끄는 핵심 원동력입니다. 녹색 제조를 핵심 프로젝트로 강조하는 'Made in China 2025' 전략으로 레이저 재제조는 강력한 정책적 지원을 받았습니다. 중국의 레이저 재제조 산업 규모는 2025년까지 100억 위안에 이를 것으로 예상되며, 이는 거대한 시장 잠재력을 나타내며 제조 산업의 순환 활용 생태계를 적극적으로 재편하고 있음을 의미합니다.
기술원리 및 비교우위
레이저 재제조의 기술적 기반은 레이저 클래딩으로, 이는 클래딩 재료를 녹이기 위해 고에너지 레이저 빔을 사용하여 기판 표면에 야금학적 결합층을 형성합니다.- 이 기술은 기존 수리 방법에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 열에 영향을 받는 부분이 작아-가공품 변형을 최소화합니다. 정밀한 제어로 피복층의 낮은 희석율; 미세한 결함이 거의 없는 클래딩층의 조밀한 미세구조; 그리고 기판과의 금속학적 결합 강도가 높습니다. 레이저 재제조에 일반적으로 사용되는 재료에는 Co-Cr 기반, Ni-Cr 기반 및 Fe-Cr 기반 합금 분말이 포함되며, 세라믹 재료를 추가하여 금속-세라믹 코팅을 형성할 수 있습니다. 열 분사와 같은 기존 기술과 비교할 때 레이저- 복구 층은 기판과 야금학적 결합을 형성하여 기공, 균열 및 슬래그 함유물과 같은 결함을 제거하는 균일하고 미세한 내부 구조를 생성하는 반면, 열 분사 코팅은 기계적으로 결합되어 수많은 기공을 포함합니다.
개발 이력 및 적용 범위 확대
레이저 재제조 기술은 1970년대에 시작되었습니다. 1974년 미국 연구자 Gnanamuthu가 처음으로 금속 기판에 레이저 클래딩을 달성했습니다. 1981년 영국 회사인 롤스{5}}로이스는 항공-엔진 블레이드 수리에 레이저 클래딩 기술을 적용하여 산업 응용 단계에 진입했습니다. 개혁개방 이후 외국 고급 장비의 도입과 주요 엔지니어링 프로젝트의 수리 요구는 중국에서 레이저 재제조 기술 개발의 기회를 제공했습니다. 최근 몇 년 동안 중국의 레이저 재제조 기술 적용 범위는 항공 및 국방에서 광산 기계, 에너지 전력, 야금 장비를 포함한 10개 이상의 산업으로 확대되었습니다. 중국에는 거의 300개에 달하는 레이저 재제조 기업이 설립되어 대학, 연구소, 산업 기업이 참여하는 공동 개발 패턴을 형성하고 연구 중심에서 산업 응용으로 이 기술의 도약 개발을 촉진하고 있습니다.
주요 기술 혁신 및 혁신
레이저 재제조 장비는 CO2 레이저에서 파이버 레이저, 반도체 레이저로 기술 발전을 거듭해 왔습니다. 새로운 레이저 장비는 더 높은 유연성과 더 짧은 파장 특성을 제공하여 더 넓은 응용 가능성을 약속합니다. 에너지-분야-보조 레이저 재제조는 고품질 재제조를 위한 중요한 수단이-되었습니다. 전자기장, 유도 가열장 및 초음파 진동과 같은 외부 에너지 장을 도입함으로써 용융 풀 흐름을 효과적으로 조절하고 기공을 억제하며 미세 구조를 제어할 수 있습니다. 현장 재제조 요구사항을 충족하기 위해 연구원들은 -전각 레이저 클래딩 기술을 극복하여 다양한 경사각에서 레이저 수리를 달성했습니다. 그러나 레이저 재제조는 전용 재료의 종류가 제한적이고 핵심 장비 및 구성 요소를 수입에 의존하는 등의 문제에 여전히 직면해 있으며 이는 추가 산업 발전을 제약합니다.
산업 응용 및 경제적 이점
광산 기계 산업에서 레이저 재제조 기술은 분쇄기 메인 샤프트 및 유압 지지 컬럼과 같은 주요 구성 요소를 수리하는 데 사용됩니다. 수리된 메인 샤프트의 수명은 2-3배 증가할 수 있습니다. 철강산업에서는 롤러 수리에 이 기술이 적용된다. 수리된 롤러의 성능은 기존 공정에 비해 몇 배 향상되었으며, 가격은 새 롤러 가격의 1/3에 불과합니다. 석유화학 및 전력 산업에서 레이저 재제조는 가스 터빈, 증기 터빈과 같은 주요 장비를 수리하는 데 사용되며 비용은 새 장비의 10% 미만입니다. 통계에 따르면 중국에서 연간 폐기되는 유압 지지 기둥의 양은 약 450,000톤입니다. 레이저 클래딩 재제조 기술을 사용하면 연간 190,000톤의 표준 석탄을 절약하고 대기 오염을 크게 줄일 수 있습니다. 이 기술은 비용 40%, 에너지 60%, 재료 70%를 절감하고, 배출량을 80% 감소시켜 경제적, 환경적으로 상당한 이점을 제공합니다.
레이저 장비 부품
파이버 레이저 기계
레이저 클래딩 헤드
파우더 피더
레이저 경화 헤드
과제와 미래 동향
레이저 재제조 기술 개발은 네 가지 주요 과제에 직면해 있습니다. 즉, 전용 재료의 종류가 제한적이고 고성능 수리 재료가 부족하다는 점입니다.- 핵심 장비 및 부품의 수입 의존도; 불충분한 업계 인지도; 그리고 불완전한 표준 시스템. 미래에는 기술이 지능화되고 자동화되는 방향으로 발전할 것입니다. 제조 매개변수를 최적화하고 실시간 품질 관리를 달성하기 위해 인공 지능과 기계 학습이 사용됩니다.- 현장-재제조는 또 다른 중요한 추세이며, 레이저 장비는 소형화 및 통합을 향해 발전하고 있습니다. 2035년까지 중국 레이저 재제조 산업의 발전 목표는 지능형 기술의 성숙과 산업 규모가 500억 위안에 도달하는 것입니다. 장기적으로 레이저 재제조는 분산 서비스 시스템을 지원하고 고급 장비 제조에 널리 적용되며 순환 경제를 위한 핵심 기술 지원을 제공할 것입니다.