激光熔覆不同于激光焊接，激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源，使工件熔化，形成特定的熔池，激光熔覆则是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，如下图。
激光焊接（左）与激光熔覆（右）原理示意图
图片来源：机械乐园
激光熔覆可以达到表面改性或修复的效果，因此在工业、能源、军工、机械相关制造厂以及再制造等领域，可以有效延长生产设备的使用寿命。
激光熔覆技术作为局部表面处理的新型方法，经历数十年的发展，已逐步从实验室进入到实际工业应用中，如煤矿设备修复、核电行业的电机转子、轴瓦、轴承，船舶船尾的主轴、尾轴修复等，并在冶金行业、煤机行业、石油化工行业、交通运输行业、核电行业等得到了广泛的应用。
图片来源：pixabay
经过十几年的发展，随着激光熔覆技术在中国的市场不断增长，下游行业对激光熔覆的关注度不断提高，在工业制造领域新老技术升级迭代的今天，激光熔覆目前有几大发展方向：
1）高功率：目前激光熔覆技术还处于3000-6000 W的批量生产阶段，能够满足现阶段激光熔覆生产需求，但随着万瓦激光器的研发、推广和普及，高功率势必能够显著提高激光熔覆的效率，因此激光熔覆市场未来可向12000 W等高功率方向进行批量生产发展。
2）自动化、智能化：随着自动化发展进程，激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。熔覆技术的自动化，应当将激光光学系统的设计和大功率激光器的开发结合起来，从而实现对激光熔覆设备的改进，实现大面积熔覆技术，提高激光熔覆的效率。
3）便携式：便携移动式激光熔覆原位修复技术逐渐得到发展与应用，其关键技术主要包括高功率、小型化、智能化、便携式的熔覆成套装备，例如在第15届埃森焊接展中，宁波镭速激光科技有限公司展示了行业首款手持式激光熔覆设备，可以更便携地进行激光熔覆，性价比相对传统激光熔覆设备较高。
4）超高速：电镀变激光熔覆，就可以减少污染，对于激光修复市场来说，目前高速激光熔覆作为一项代替电镀新型技术，它的效率比传统激光熔覆提高10-20倍，市场前景较大。超高速激光熔覆技术可以说是增材技术发展历程中的革命性的一步，它解决了制约传统熔覆技术大规模推广的最大瓶颈——效率问题，从而也带来了成本的大幅度降低，未来将会极大刺激金属3D打印技术的产业化应用。
国内激光熔覆市场
整体来看，激光熔覆仍处于产业初期阶段，相比激光切割和焊接市场，发展略微缓慢。但是国内也有武钢华工、中科中美、中科煜宸、亚琛联合科技、大陆激光、镭速激光、必盛激光、辉锐光电等不少企业致力于激光熔覆技术的生产与研发，以下简单介绍几家激光熔覆设备企业及其技术。
武汉武钢华工激光大型装备有限公司
2012年，武钢与华工激光合资成立武钢华工激光，是专业从事高功率大型激光表面处理及再制造装备研发制造的高科技产业化公司，致力于提供激光表面处理及再制造技术，2020年6月，武钢华工激光隆重推出全新功率范围为10000-15000 W的国产万瓦级高效激光熔覆（修复）设备。
图片来源：武钢华工
山东中科中美激光科技有限公司
中科中美是山东济宁市产业技术研究院从中科院西安光机所引进孵化的企业，致力于高速激光熔覆技术的研发。2021年初，公司先后推出了8000 W外壁高速激光熔覆设备以及6000 W内孔高速激光熔覆设备，并于2021年4月圆满验收高速激光熔覆项目科技成果。
图片来源：中科中美
宁波镭速激光科技有限公司
宁波镭速是致力于激光熔覆设备、激光焊接设备、等离子熔覆设备等产品的研发及制造型高新技术企业，公司研制的高速激光熔覆系列涵盖了2200-12000 W之间的产品。2020年12月，河北鑫达集团与宁波雷速激光科技有限公司签订激光熔覆再制造技术项目战略合作协议，致力于激光熔覆再制造技术在钢铁冶金装备中的应用，助力鑫达钢铁基地规划布局，如达到预期效果，可为公司节省2.96亿元备件采购和维修费用。
图片来源：鑫达融媒体
西安必盛激光科技有限公司
西安必盛激光由中科院西安光机所科技成果转化而来，从事激光表面处理成套设备集成，激光特种加工，再制造（零部件修复）以及金属材料表面处理。2013年，公司开发出了国内首台熔覆用半导体激光器；2020年1月，公司研发了内壁盲孔激光熔覆的硬科技设备，并首次在具有“中国能源之都”称号的淮南走向加工一线，为安徽乃至全国煤矿行业产能升级和技术创新塑造了典型样板。
图片来源：东方网
南京辉锐光电科技有限公司
辉锐集团成立于2015年，总部设在南京，主营业务为工业级激光金属增材制造相关的服务与设备销售，其中包括激光熔覆，激光表面强化，激光淬火，激光清洗，3D打印直接成型等。2020年7月，公司宣布完成第四轮融资。2020年9月，由辉锐集团自主研发的Metal+®气氛保护激光金属增材制造设备在辉锐南京总部安装完成，随后完成了设备的调试交接工作。
图片来源：辉瑞集团
南京中科煜宸激光技术有限公司
中科煜宸是中国科学院上海光学精密机械研究所成功孵化的高新技术企业，专业从事激光增材制造装备（3D打印、表面技术）、激光焊接装备及核心器件的研发与制造，自主研发超高速激光熔覆系统（配套自主研发的送粉器）。2020年10月，中科煜宸与富士康工业互联网股份有限公司签署了十年全面战略合作框架协议。根据协议，双方将以工业富联位于衡阳、晋城、佛山、南昌等地的“智造谷”项目为基地，共同开拓激光熔覆、金属3D打印、激光焊接等技术领域的产业化示范应用。
来源：中科煜宸
沈阳大陆激光技术有限公司
大陆激光是国内较早的基于激光熔覆技术开展激光增材再制造服务的高科技公司，致力于CO2激光熔覆技术。已把激光增材再制造技术应用多个工业领域，成功解决了航空装备、冶金设备、石化设备、能源电力设备和矿采设备等重要零部件的应急抢修和再制造难题。
激光熔覆面临挑战
激光熔覆技术是可以在廉价基体上制备出优异性能合金的一种高经济效益技术，既可以降低成本，又能节约稀有材料。目前我国激光熔覆技术已取得了阶段性的研究成果，但仍处于激光熔覆工业化应用的起步阶段，还需面临各种问题的挑战。
1）激光熔覆材料体系有待构建
目前激光熔覆缺少专用的材料体系，对激光熔覆层的质量评价，目前还未有完整统一的评价指标，只有开发出新的激光熔覆技术专用材料体系，完善熔覆层的评价和应用标准，才能真正意义上实现激光熔覆技术的推广应用，实现资源的优化配置。
2）成本问题仍需重视
虽然激光熔覆技术粉末成本相对较低廉，但是激光熔覆的实际成本问题却一直是企业的困扰。大部分的激光加工企业对单件产品加工成本高的激光熔覆技术不能立即接受，并且对激光熔覆产品持有性能方面的怀疑，这极大制约了激光熔覆技术的发展。虽然激光熔覆有着众多优势，前景一片光明，但同时这也注定其发展道路的曲折，还有很长的路要走。
3）应用水平/规模有待适应市场需求
激光熔覆技术的理论、应用基础研究目前较多地集中于材料科学和工程方向。但该技术作为典型的制造工艺技术，其结合工程对象的应用基础研究相对薄弱，例如：在大面积的激光熔覆中，熔覆层易出现裂纹，这仍然是很棘手的问题。由于“高温、快冷”的工艺特性，造成熔覆层的应力集中、开裂倾向大，已严重影响了激光熔覆技术的工程化应用，如果要彻底解决裂纹的开裂问题，还需要从更微观的角度入手，分析裂纹的形成机理。
目前激光熔覆的应用水平和规模暂时还不能适应市场的需求，产、学、研脱节，这也是影响激光熔覆工程应用效果的主要原因。
小结
目前我国激光熔覆技术虽还未达到市场需求，对实现工业化应用也还需要面临各种各样的挑战，但不可否认的是，我国激光熔覆技术也在迅速发展，从工件局部进行制造或再制造到增材制造或3D打印工件，随着国家对制造业的重视和2025年发展规划，相信在不久的将来，激光熔覆将获得更多更广泛的应用，进而推动我国高端制造业不断向前发展。
参考资料：
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封面来源：Lincoln Laser Solutions
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