A finales de 1974, Gnanamuthu de ACVO EVERETT RES LABINC presentó la primera patente de revestimiento láser del mundo US3952180A, que abrió el telón del trabajo de investigación básica sobre tecnología de revestimiento láser.
Con muchas ventajas, como baja tasa de dilución, bajo aporte de calor y una amplia gama de materiales, la tecnología de revestimiento láser ha evolucionado muchos tipos diferentes en el proceso de aplicación industrial y se usa ampliamente en varios campos de fabricación aditiva, refabricación y ingeniería de superficies.
Según el tipo de material que se va a fundir con láser y la forma de acoplamiento entre el material y el rayo láser, las tecnologías comunes de fusión por láser se pueden dividir en tecnología de fusión por láser de alimentación de polvo coaxial, tecnología de fusión por láser de alimentación de polvo de eje lateral (también llamada lateral tecnología de fusión por láser de alimentación de polvo), tecnología de fusión por láser de alta velocidad (también llamada tecnología de fusión por láser de ultra alta velocidad).
Tecnología de recubrimiento láser de alimentación de polvo coaxial
La tecnología de revestimiento láser de alimentación de polvo coaxial generalmente utiliza un láser de salida de fibra semiconductora y un alimentador de polvo de tipo disco en suspensión. El cabezal de revestimiento adopta un esquema de punto circular con salida de luz central, una alimentación de polvo circular o múltiples alimentaciones de polvos alrededor del haz, y un canal de aire protector especial, donde el haz de polvo, el haz de luz y el flujo de aire protector se cruzan en un punto. El baño de fusión se forma en este punto focal durante la operación de revestimiento, y la capa de revestimiento se forma en la superficie de la pieza de trabajo con el movimiento relativo del cabezal de revestimiento y la pieza de trabajo.
Tecnología de revestimiento láser de alimentación de polvo de eje lateral
La tecnología de fusión por láser de alimentación de polvo de eje lateral también se denomina tecnología de fusión por láser de alimentación de polvo lateral, que generalmente adopta un láser de salida directa de semiconductores o un láser de salida de fibra semiconductora y un alimentador de polvo por gravedad, y el cabezal de fusión adopta un esquema de alimentación de polvo de banda ancha de punto rectangular + eje lateral. Cuando el cabezal de revestimiento funciona, el polvo de aleación se envía a la superficie de la pieza de trabajo para su preajuste a través de la boquilla de alimentación de polvo. Con el movimiento relativo del cabezal de revestimiento y la pieza de trabajo, el rayo láser rectangular escanea el polvo de aleación preestablecido y lo funde para formar un baño fundido, que forma una capa de revestimiento después de enfriarse.
Tecnología de revestimiento láser de ultra alta velocidad
La tecnología de fusión por láser de ultra alta velocidad es un nuevo tipo de tecnología de fusión por láser desarrollada por el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser en Alemania, que comenzó a promoverse y aplicarse en China en 2017. La tecnología de fusión por láser de ultra alta velocidad adopta un semiconductor láser de salida de fibra o láser de fibra con mejor calidad de haz, un cabezal de fusión láser de alta velocidad diseñado con precisión y un mecanismo de movimiento con alta velocidad de rotación o velocidad de movimiento. El acoplamiento del rayo láser con el rayo de polvo y el flujo de gas inerte está diseñado con precisión de modo que parte de la energía del láser se utilice para calentar el rayo de polvo mientras que la otra parte del rayo láser que penetra en el rayo de polvo calienta el sustrato, y el polvo se funde o se calienta a una temperatura muy alta antes de entrar en la piscina de fusión, acortando así el tiempo necesario para la fusión del polvo. Revestimiento láser hasta 2 m / min).
Frequently Asked Questions (FAQ)
1) What are the key differences between coaxial and side-axis powder feeding in Laser Cladding Technologies?
- Coaxial feeds powder concentrically with the laser, offering better track symmetry, multi-directional deposition, and higher powder capture efficiency on complex geometries. Side-axis feeds from one or two lateral nozzles, ideal for wide beads and pre-placed layers, with simpler hardware and lower cost.
2) When should ultra-high-speed laser cladding be selected?
- Choose ultra-high-speed (UHS) when you need thin, uniform layers at high travel speeds (up to ~2–5 m/min), such as wear-resistant coatings on shafts, cylinders, and large surfaces where productivity is critical and dilution must remain low.
3) How does dilution affect coating performance and how is it controlled?
- Dilution (mixing of substrate into clad) reduces coating chemistry and wear/corrosion performance. Control it via lower laser specific energy, optimized standoff, proper powder flow rate, beam shaping (top-hat), and preheating where necessary.
4) What materials are most commonly used in laser cladding?
- Ni-based (Inconel 625/718, NiCrBSi), Co-based (Stellite), Fe-based martensitic alloys, stainless steels (316L), tool steels, Ti alloys, WC/W2C reinforced metal matrix composites, and Cu-based for conductivity. Selection depends on wear, corrosion, or heat requirements.
5) What in-situ monitoring improves quality in 2025 laser cladding lines?
- Melt pool vision/IR pyrometry, coaxial cameras, acoustic emission, and closed-loop power modulation. These systems stabilize bead geometry, reduce porosity/cracking, and improve first-pass yield.
2025 Industry Trends: Laser Cladding Technologies
- Throughput leap: Beam shaping and multi-spot optics raise deposition rates without excess dilution.
- AI-driven control: Real-time melt pool feedback adjusts laser power/powder feed to hold bead width/height within spec.
- Powder efficiency focus: Optimized carriers and nozzle aerodynamics push capture efficiency >80% on coaxial heads.
- Green shielding: Nitrogen for Fe-based alloys where metallurgy allows; argon recirculation cuts gas consumption 20–35%.
- Standardization: More users adopt ISO/ASTM data packages for cladding parameter traceability and performance validation.
Performance and Cost Snapshot (indicative ranges, 2023 vs 2025)
| Métrica | 2023 Typical | 2025 Typical | Notes/Sources |
|---|---|---|---|
| Deposition rate, coaxial (kg/h) | 2–6 | 3–8 | Optics + powder aerodynamics |
| Travel speed, UHS (m/min) | 1.0-2.0 | 2.0–5.0 | Material/laser dependent |
| Dilution (Ni/Co alloys, %) | 5–12 | 3–8 | Beam shaping + control |
| Powder capture efficiency, coaxial (%) | 60–75 | 75–85 | Nozzle redesign |
| First-pass yield with closed-loop control (%) | 88–93 | 92–97 | Vision + pyrometry |
| Shielding gas consumption reduction (%) | - | 20–35 | Recirculation systems |
Sources: Fraunhofer ILT publications, ISO/ASTM 52900/52907 guidance, OEM application notes (TRUMPF, Laserline), peer-reviewed cladding studies
Latest Research Cases
Case Study 1: AI-Closed-Loop Coaxial Cladding of NiCrBSi on Hydraulic Rods (2025)
Background: A remanufacturing shop faced variable bead height and excessive post-grind on long rods.
Solution: Integrated coaxial camera and IR pyrometer with ML-based controller to modulate laser power and powder feed; optimized nozzle for higher capture efficiency.
Results: Bead height variation reduced from ±0.25 mm to ±0.08 mm; dilution dropped from 9% to 5%; grinding time −28%; powder usage −14%.
Case Study 2: Ultra-High-Speed Laser Cladding of WC‑reinforced Fe Matrix on Conveyor Rolls (2024)
Background: Steel plant required high-wear coatings with minimal downtime.
Solution: UHS head with fiber laser and preheated substrate; bimodal WC feed for dense packing; nitrogen shielding validated by hardness/carbide retention tests.
Results: Line speed 3.2 m/min; microhardness 950–1,050 HV0.3; wear rate −37% vs PTA baseline; turnaround time −22% for roll refurbishment.
Expert Opinions
- Prof. Andreas Weisheit, Head of Materials, Fraunhofer ILT
Key viewpoint: “UHS cladding with engineered powder preheating and beam shaping delivers coating quality at line speeds that were impractical a few years ago.” - Dr. Trevor Kalash, Senior Applications Engineer, TRUMPF Laser
Key viewpoint: “Coaxial heads with closed-loop melt pool control are pushing dilution below 5% on Ni/Co alloys while improving powder efficiency, which directly lowers total cost per square meter.” - Dr. Martina Zimmer, Materials Scientist, RWTH Aachen
Key viewpoint: “For carbide-reinforced layers, controlling thermal cycles is paramount; maintaining carbide integrity requires adapted shielding and rapid solidification to avoid dissolution.”
Practical Tools/Resources
- Fraunhofer ILT: Publications and application notes on laser cladding and UHS
https://www.ilt.fraunhofer.de/ - ISO/ASTM 52900 and 52907: AM terminology and powder characterization
https://www.iso.org/ - ASM Handbook, Volume 6A: Welding, Brazing, and Soldering (cladding sections)
https://www.asminternational.org/ - OEM resources: TRUMPF, Laserline, and Meltio cladding process guides and parameter frameworks
https://www.trumpf.com/ | https://www.laserline.com/ | https://meltio3d.com/ - Process simulation tools: COMSOL Multiphysics (thermal), Ansys Additive (melt pool), and open literature datasets from NIST AM‑Bench
https://www.comsol.com/ | https://www.ansys.com/ | https://www.nist.gov/ambench - Safety and compliance: HSE guidance on laser and metal powder handling
https://www.hse.gov.uk/
Last updated: 2025-08-27
Changelog: Added five focused FAQs, a 2025 performance/cost table, two case studies (AI-closed-loop cladding; UHS carbide-reinforced coatings), expert viewpoints, and vetted tools/resources for Laser Cladding Technologies.
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if major OEMs release next-gen UHS heads, ISO/ASTM standards update, or new data on dilution/powder efficiency improvements becomes available.
