Fin 1974, Gnanamuthu d'ACVO EVERETT RES LABINC a présenté le premier brevet mondial de revêtement laser US3952180A, qui a ouvert le rideau de la recherche fondamentale sur la technologie de revêtement laser.
Avec de nombreux avantages tels qu'un faible taux de dilution, un faible apport de chaleur et une large gamme de matériaux, la technologie de revêtement par laser a évolué vers de nombreux types différents dans le processus d'application industrielle et est largement utilisée dans divers domaines de la fabrication additive, de la refabrication et de l'ingénierie de surface.
En fonction du type de matériau à fondre au laser et de la forme de couplage entre le matériau et le faisceau laser, les technologies courantes de fusion au laser peuvent être divisées en technologies de fusion au laser à alimentation coaxiale en poudre, en technologies de fusion au laser à alimentation latérale en poudre (également appelées technologies de fusion au laser à alimentation latérale en poudre) et en technologies de fusion au laser à grande vitesse (également appelées technologies de fusion au laser à ultra-haute vitesse).
Technologie de revêtement par laser à alimentation en poudre coaxiale
La technologie de revêtement par laser à alimentation coaxiale en poudre utilise généralement un laser à fibre semi-conductrice et un dispositif d'alimentation en poudre aéroporté de type disque. La tête de cladding adopte un schéma de spot circulaire avec une sortie de lumière centrale, une alimentation circulaire en poudre ou des alimentations multiples en poudre autour du faisceau, et un canal d'air protecteur spécial, où le faisceau de poudre, le faisceau de lumière et le flux d'air protecteur se croisent en un point. Le bain de fusion se forme à ce point focal pendant l'opération de plaquage, et la couche de plaquage se forme à la surface de la pièce avec le mouvement relatif de la tête de plaquage et de la pièce.
Alimentation en poudre par axe latéral Technologie de revêtement par laser
La technologie de fusion laser avec alimentation en poudre par axe latéral est également appelée technologie de fusion laser avec alimentation en poudre latérale. Elle adopte généralement un laser à semi-conducteur à sortie directe ou un laser à semi-conducteur à fibre et un dispositif d'alimentation en poudre par gravité, et la tête de fusion adopte un spot rectangulaire + un schéma d'alimentation en poudre à large bande par axe latéral. Lorsque la tête de cladding fonctionne, la poudre d'alliage est acheminée vers la surface de la pièce pour le préréglage à travers la buse d'alimentation en poudre. Avec le mouvement relatif de la tête de revêtement et de la pièce, le faisceau laser rectangulaire balaie la poudre d'alliage préréglée et la fait fondre pour former un bain de fusion, qui forme une couche de revêtement après refroidissement.
Technologie de gainage par laser à ultra-haute vitesse
La technologie de fusion laser à ultra-haute vitesse est un nouveau type de technologie de fusion laser développé par l'Institut Fraunhofer pour la technologie laser en Allemagne, qui a commencé à être promu et appliqué en Chine en 2017. La technologie de fusion laser à ultra-haute vitesse adopte un laser de sortie à fibre semi-conductrice ou un laser à fibre avec une meilleure qualité de faisceau, une tête de fusion laser à haute vitesse conçue avec précision et un mécanisme de mouvement avec une vitesse de rotation ou une vitesse de déplacement élevée. Le couplage du faisceau laser avec le faisceau de poudre et le flux de gaz inerte est conçu avec précision de sorte qu'une partie de l'énergie du laser est utilisée pour chauffer le faisceau de poudre tandis que l'autre partie du faisceau laser pénétrant dans le faisceau de poudre chauffe le substrat, et la poudre est fondu ou chauffé à une température très élevée avant d'entrer dans le bassin de fusion, ce qui réduit le temps nécessaire à la fusion de la poudre. Revêtement par laser jusqu'à 2m/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)
| Métrique | 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.
