鐳射熔覆最初是在航空和能源等某些高附加值市場中獲得應用的，不過當時鐳射非常昂貴，並且2-3KW功率的鐳射器也難以獲得更大的市場青睞。現在，許多事情發生了變化-鐳射器的價格下降了近十倍，而且大功率鐳射器（比如10+ kW）在工業條件下變得很方便，這進一步打開了鐳射熔覆的應用市場。
按照鐳射熔覆的材料型別和材料與鐳射束的耦合形式，可將常見的鐳射熔覆技術分為超高速鐳射熔覆技術EHLA、高速絲材鐳射熔覆技術、同軸送粉鐳射熔覆技術、旁軸送粉鐳射熔覆技術。
▲Fraunhofer ILT的超高速鐳射熔覆與鐳射世界
來源：弗勞恩霍夫
更高的速度
更好的質量
▲鐳射熔覆技術家族
來源：歐瑞康
lEHLA超高速鐳射熔覆
是什麼使得EHLA超高速鐳射熔覆如此令人興奮？根據發明這項技術的Fraunhofer鐳射技術研究所，超高速鐳射材料沉積技術（EHLA）具有替代當前腐蝕和磨損保護方法如硬鍍鉻和熱噴塗的潛力。
▲EHLA和重熔後的表面質量；歐瑞康metco15E（左側）和新一代歐瑞康鐵基合金的顯微組織橫截面
來源：歐瑞康
根據Fraunhofer鐳射研究所，EHLA工藝在效率和速度方面均優於現有的抗腐蝕和耐磨損塗層保護方法。Fraunhofer可以在短時間內使用EHLA技術在大面積的零部件上沉積十分之一毫米的薄層，並且節約資源，加工過程具有經濟性。EHLA成為一種有吸引力的技術並透過市場應用推動了進一步的發展。
▲Fraunhofer ILT開發的EHLA的發展（2013年開發EHLA, 2016年第一臺裝置，2017年市場化5-10臺裝置，通快進入EHLA商業化領域，2018年市場化20多臺裝置，2019年市場化40多臺裝置，2020年開發面向產業化的多噴頭高通量EHLA技術）
來源：歐瑞康
2020年，每個人都已經在談論大功率EHLA沉積速率超過2m²/ h的加工速度。憑藉EHLA工藝，Fraunhofer表示，該工藝對當前抗腐蝕和磨損保護的加工工藝具有改進作用。由於硬鉻電鍍消耗大量能量並且具有粘合和孔隙率的缺點，而熱噴塗在所用材料方面可能相當浪費。相比之下，EHLA方法加工出來的塗層是無孔的，從而改善粘合情況並降低裂紋和孔隙的發生的可能性。除此之外，根據Fraunhofer，EHLA技術比熱噴塗節約90％的材料。
商業化方面，德國通快將Fraunhofer的這一技術商業化，批次生產EHLA鐳射金屬塗覆裝置。根據TRUMPF，新型EHLA工藝提供了一種快速高效的金屬塗層方法，比現有工藝快了100倍。
▲原形和方形的噴嘴
隨著EHLA系統開始批次生產，TRUMPF表示還將該流程整合到其製造系統中。TRUMPF表示，它擁有許多與EHLA相容的機器，包括TruLaser Cell 3000，TruLaser Cell 7000系列。前者可用於製造中小型零件，而後者更適合大型零件。TruLaser Cell 3000系列適用於中小型二維和三維零件的柔性切割和焊接，滿足從原型製造到批次生產的需求。典型的應用領域包括醫療技術，精密工程及電子行業。TruLaser Cell 7000 系列適合需要加工平面或立體部件還是管件。切割、焊接和鐳射金屬沉積可自由切換。機床的模組化結構以及個性化適配與拓展安裝方式使 TruLaser Cell 7000 系列適應不斷變化的生產環境。
而在國內，作為弗勞恩霍夫鐳射技術研究所孵化的創新企業，位於天津的德國ACunity公司（亞琛聯合科技）圍繞EHLA技術開展了一系列的市場化拓展性研發，對核心裝備進行改良與升級。ACunity於2018年4月研製成功全球首臺EHLA-Grand5000超大型高速鐳射熔覆裝置，並交付中國客戶。
▲通快的TruLaser Cell
這裡的最新發展是光斑尺寸，使用原型噴嘴，其直徑可覆蓋至最大12mm，沉積速度超過1.5 m / min。其背後的邏輯非常簡單–更大的光斑和更高的速度由能源的力量補償。
如今，還可以使用寬度最大為45mm的矩形幾何形狀的平面噴射粉末噴嘴。高通量的情況下，粉末消耗量也相應增加，可能超過300g / min。同樣在這裡由於鐳射點和襯底表面之間的相互作用的面積大，所以需要高功率鐳射器。
目前最新的進展在Fraunhofer ILT鐳射研究所的–futureAM–下一代增材製造中進行推動。根據3D科學谷的瞭解，目前這一技術達到了新的高度，可以提供令人難以置信的好處，總體來說一切確實令人興奮。到目前為止，EHLA僅用於旋轉對稱零件。下一步是建立更加隨形完成自由曲面加工的能力。為此，在亞琛已經開發了一個自由曲面加工能力的EHLA原型機，在該機中，工件以高度動態的方式運動，在EHLA粉末在噴嘴下的以五倍速重力加速進行表面加工。
l金屬絲鐳射沉積技術
德國Fraunhofer IPT工業生產技術研究所開發的金屬絲鐳射沉積技術（wire-based laser metal deposition，LMD-W），材料利用率可達100%。基於LMD-W 技術的增材製造裝置採用模組化設計，可以經濟高效的整合到企業的現有生產線中。其鐳射列印頭適用於常見的鐳射光學系統，因此不需要複雜的定製光束引導系統。內建感測器可以檢測到執行過程中出現的典型錯誤，因此這些錯誤能夠在加工過程中得到分析，裝置的控制系統針對錯誤進行補償。
▲Fraunhofer IPT的金屬絲鐳射沉積技術
來源：弗勞恩霍夫
LMD-W 裝置採用橫向送絲方式，金屬絲與光軸成20度角。列印絲材包括多種鋼，以及鎳基和鈦基合金等金屬絲材。根據3D科學谷的市場瞭解，目前Fraunhofer IPT的此項技術已經在日本擁有技術轉讓使用者。
l混合增材製造
DMGMORI-德馬吉森精機是向市場提供此類系統的先驅之一。DMG MORI的Lasertec 65 3D混合增材製造裝置，該裝置將鐳射沉積焊接與五軸銑削相結合。
在應用方面，根據3D科學谷的市場觀察，舍弗勒與德馬吉森精機合作透過3D列印來製造梯度合金軸承。舍弗勒選擇的Lasertec 65 3D混合增材製造裝置配備了兩個粉末進料器，可以在鐳射沉積焊接過程中有針對性地控制從一種材料到另一種材料的切換。根據德馬吉森精機I的說法，這可以用來製造不同材料特性之間平滑過渡的分級材料。材料的韌性和硬度可以在過度的過程中進行調節，並進行最佳的分配以適合個別應用的特定要求。
透過Lasertec 65 3D混合增材製造裝置上使用這種材料漸變還可以創造激動人心的發展機遇。例如，磁性和非磁性材料可以透過漸變來組合，並且根據需要調整元件的效能。
而在混合增材製造裝置方面，根據3D科學谷的市場觀察，德馬吉森精機目前有兩種混合型增材製造裝置-LASERTEC 65 3D hybrid、LASERTEC 125 3D hybrid和LASERTEC 4300 3D hybrid。LASERTEC 65 3D hybrid和LASERTEC 125 3D hybrid 集成了鐳射沉積焊增材製造工藝與5軸加工工藝，LASERTEC 4300 3D hybrid 則集成了鐳射沉積焊增材製造工藝與DMG MORI 的車銑複合加工工藝，可進行六面車銑加工。
l同軸送粉鐳射熔覆技術、旁軸送粉鐳射熔覆技術
關於同軸送粉鐳射熔覆技術、旁軸送粉鐳射熔覆技術，從事此類技術的國內外的廠家數不勝數。值得重視的是，所有的加工都需要克服工藝的穩定性與可預測性，在這方面，國內安世亞太與中科煜宸聯合開發了面向金屬增材製造定向能量沉積工藝的專業工藝模擬軟體AMProSim-DED模擬模擬系統考慮溫度相關的材料非線性屬性，基於工藝檔案的運動路徑資訊，模擬增材製造工藝的材料堆積過程，可以詳細模擬零件分割槽、列印路徑以及熔融冷卻的相變過程對增材製造過程的影響，預測增材製造過程中的溫度、應力和變形，最佳化工藝引數，從而保證3D列印質量和列印效率，避免低效的試錯過程。
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