1974年末、ACVO EVERETT RES LABINCのGnanamuthuは、世界初のレーザークラッディング特許US3952180Aを提出し、レーザークラッディング技術の基礎研究の幕を開けた。
レーザークラッディング技術は、低希釈率、低入熱量、幅広い材料など多くの利点を持ち、産業応用の過程で様々な種類を進化させ、積層造形、再製造、表面工学の様々な分野で広く利用されている。
レーザー溶融する材料の種類と材料とレーザービームの結合形態によって、一般的なレーザー溶融技術は、同軸粉末供給レーザー溶融技術、側軸粉末供給レーザー溶融技術（横方向粉末供給レーザー溶融技術とも呼ばれる）、高速レーザー溶融技術（超高速レーザー溶融技術とも呼ばれる）に分けることができます。
同軸粉体供給レーザーコーティング技術
同軸粉末供給レーザークラッディング技術は、一般的に半導体ファイバー出力レーザとディスク型エアボーン粉末フィーダを使用します。クラッディングヘッドは、中央光出力の円形スポットスキーム、円形粉末供給またはビームの周囲への複数の粉末供給、および特殊な保護空気流路を採用し、粉末ビーム、光ビーム、保護空気流が一点で交差します。クラッディング作業中、メルトプールはこの焦点に形成され、クラッディングヘッドとワークピースの相対的な移動により、クラッディング層はワークピースの表面に形成されます。
横軸粉末供給レーザークラッディング技術
横軸給粉レーザー溶融技術は横軸給粉レーザー溶融技術とも呼ばれ、一般的に半導体直接出力レーザーまたは半導体ファイバー出力レーザーと重力給粉機を採用し、溶融ヘッドは矩形スポット+横軸広帯域給粉方式を採用しています。クラッディングヘッドが作動する時、合金粉末は粉末供給ノズルを通してプリセットのために工作物の表面に供給される。クラッディングヘッドとワークピースの相対運動により、矩形レーザービームがプリセットされた合金粉末を走査し、溶融して溶融池を形成し、冷却後にクラッディング層を形成します。
超高速レーザークラッディング技術
超高速レーザー溶融技術はドイツのフラウンホーファーレーザー技術研究所が開発した新しいタイプのレーザー溶融技術で、2017年に中国で普及・応用が始まった。超高速レーザー溶融技術は、より優れたビーム品質の半導体ファイバー出力レーザーまたはファイバーレーザー、精密に設計された高速レーザー溶融ヘッド、高速回転速度または移動速度の運動機構を採用している。レーザービームと粉末ビームおよび不活性ガスの流れの結合は、レーザーエネルギーの一部が粉末ビームの加熱に使用され、粉末ビームを貫通するレーザービームの他の部分が基板を加熱するように精密に設計されている。 パウダー は溶融プールに入る前に非常に高い温度まで溶融または加熱されるため、粉末溶融に要する時間が短縮される。レーザークラッディング最大2m/min)。
よくある質問（FAQ）
1) レーザークラッディング技術において、同軸式と側軸式の粉末供給方式の主な違いは何ですか？
- 同軸供給方式では、レーザーと同心円状に粉末を供給するため、トラックの対称性が向上し、多方向への堆積が可能となり、複雑な形状においても粉末の捕捉効率が高まります。サイドアクシス供給方式は、1つまたは2つの横方向ノズルから粉末を供給する方式で、幅の広いビードやあらかじめ配置された層の形成に最適であり、ハードウェアが簡素でコストも低く抑えられます。.
2) 超高速レーザークラッディングは、どのような場合に選択すべきか？
- シャフトやシリンダー、および生産性が極めて重要であり、希釈率を低く抑える必要がある広範囲の表面など、高い移動速度（最大約2～5 m/min）で薄く均一な塗膜を形成する必要がある場合は、「超高速（UHS）」を選択してください。.
3) 希釈はコーティング性能にどのような影響を与えるのか、また、どのように制御されるのか？
- 希釈（基材がクラッドに混入すること）は、コーティングの化学的性質および耐摩耗・耐食性能を低下させます。これを抑制するには、レーザーの比エネルギーを低く設定し、スタンドオフ距離を最適化し、適切な粉末流量を確保し、ビーム形状（トップハット）を調整するとともに、必要に応じて予熱を行うことが有効です。.
4) レーザークラッディングでは、どのような材料が最も一般的に使用されていますか？
- Ni系（インコネル625/718、NiCrBSi）、Co系（ステライト）、 Fe系マルテンサイト系合金、ステンレス鋼（316L）、工具鋼、Ti合金、WC/W2C強化金属マトリックス複合材料、および導電性を目的としたCu系合金。材料の選定は、摩耗、腐食、または耐熱性の要件に応じて行われる。.
5) 2025年のレーザークラッディングラインにおいて、どのような現場モニタリングが品質向上に寄与するか？
- 溶融池の映像・赤外線測温、同軸カメラ、音響エミッション、および閉ループ出力制御。これらのシステムにより、ビード形状が安定し、気孔や亀裂が低減され、初回通過歩留まりが向上します。.
2025年の業界動向：レーザークラッディング技術
- スループットの飛躍的向上：ビーム整形とマルチスポット光学系により、過度な希釈を招くことなく成膜速度を向上させる。.
- AIによる制御：溶融池のリアルタイムフィードバックにより、レーザー出力や粉末供給量を調整し、ビードの幅と高さを仕様範囲内に維持します。.
- 粉体処理効率の重点：最適化されたキャリアとノズルの空力特性により、同軸ヘッドでの捕集効率は80%を超えます。.
- グリーンシールド：冶金的に可能な鉄系合金には窒素を使用。アルゴンの再循環により、ガス消費量を20～35%削減。.
- 標準化：クラッドのパラメータのトレーサビリティや性能検証のために、ISO/ASTMデータパッケージを採用するユーザーが増えています。.
性能とコストの概要（目安となる範囲、2023年対2025年）
| メートル | 2023年 標準 | 2025年（標準） | 注釈・出典 |
|---|---|---|---|
| 同軸式堆積速度（kg/h） | 2–6 | 3–8 | 光学＋粉末空力学 |
| 走行速度、UHS（m/min） | 1.0-2.0 | 2.0–5.0 | 材料・レーザーに依存する |
| 希釈（Ni/Co合金、%） | 5–12 | 3–8 | ビーム整形＋制御 |
| 粉体捕集効率、同軸型（%） | 60–75 | 75–85 | ノズルの再設計 |
| 閉ループ制御による初回歩留まり（%） | 88–93 | 92–97 | ビジョン＋測温 |
| シールドガスの消費量削減（%） | - | 20–35 | 再循環システム |
出典：フラウンホーファーILTの刊行物、ISO/ASTM 52900/52907のガイダンス、OEMのアプリケーションノート（TRUMPF、Laserline）、査読付きクラッド加工に関する研究論文
最新の研究事例
事例研究 1：油圧ロッドへの NiCrBSi の AI 閉ループ同軸クラッド加工（2025年）
背景：ある再製造工場では、長いロッドにおいてビードの高さにばらつきが生じ、研削後の余分な削り出しが過剰になるという課題に直面していた。.
解決策：レーザー出力と粉末供給を制御するMLベースのコントローラーを搭載した、同軸カメラとIR高温計を一体化した装置。捕捉効率を高めるために最適化されたノズル。.
結果：ビーズの高さのばらつきが±0.25 mmから±0.08 mmに減少した。希釈率は9%から5%に低下した。粉砕時間は−28%、粉末使用量は−14%となった。.
事例研究 2：コンベヤロールへのWC強化Feマトリックスの超高速レーザークラッディング（2024年）
背景：製鉄所では、稼働停止時間を最小限に抑えつつ、高い耐摩耗性を備えたコーティングが求められていた。.
解決策：ファイバーレーザーと予熱済み基板を備えたUHSヘッド、高密度充填を実現するバイモーダルWC供給、硬度試験および炭化物保持試験により有効性が確認された窒素シールド。.
結果：ライン速度 3.2 m/min、微小硬度 950～1,050 HV0.3、摩耗率 −37%（PTA基準値比）、ロール再生の所要時間 −22%。.
専門家の意見
- フラウンホーファーILT 材料部門長 アンドレアス・ヴァイスハイト教授
主な見解：「粉末の予熱とビーム成形を組み込んだUHSクラッディング技術により、数年前までは実現不可能だったライン速度でも、高品質なコーティングが可能になった。」“ - TRUMPF Laser シニア・アプリケーション・エンジニア、トレバー・カラッシュ博士
主な見解：「閉ループ溶融池制御機能を備えた同軸ヘッドにより、Ni/Co合金において希釈率を5%未満に抑えつつ、粉末利用効率を向上させており、これにより1平方メートルあたりの総コストを直接的に削減している。」“ - マルティナ・ツィマー博士（材料科学者、アーヘン工科大学）
重要な視点：「炭化物強化層においては、熱サイクルの制御が極めて重要である。炭化物の完全性を維持するには、溶解を防ぐために、適切なシールドと急速凝固が必要である。」“
実用的なツール／リソース
- フラウンホーファーILT：レーザークラッディングおよびUHSに関する出版物およびアプリケーションノート
https://www.ilt.fraunhofer.de/ - ISO/ASTM 52900 および 52907：AM用語および粉末特性評価
https://www.iso.org/ - 『ASMハンドブック』第6A巻：溶接、ろう付け、はんだ付け（クラッド加工に関する章）
https://www.asminternational.org/ - OEM向けリソース：TRUMPF、Laserline、Meltioのクラッディングプロセスガイドおよびパラメータフレームワーク
https://www.trumpf.com/ | https://www.laserline.com/ | https://meltio3d.com/ - プロセスシミュレーションツール：COMSOL Multiphysics（熱解析）、Ansys Additive（溶融池）、およびNIST AM-Benchの公開データセット
https://www.comsol.com/ | https://www.ansys.com/ | https://www.nist.gov/ambench - 安全性とコンプライアンス：レーザーおよび金属粉末の取り扱いに関するHSEガイダンス
https://www.hse.gov.uk/
最終更新日: 2025-08-27
変更履歴: レーザークラッディング技術に関して、5つの重点的なFAQ、2025年の性能・コスト表、2つの事例研究（AIを用いた閉ループクラッディング、UHS炭化物強化コーティング）、専門家の見解、および精査済みのツール・リソースを追加しました。.
次回の見直し日とトリガー： 2026年3月31日、あるいは主要OEMメーカーが次世代UHSヘッドをリリースした場合、ISO/ASTM規格が更新された場合、または希釈・粉末効率の改善に関する新たなデータが得られた場合は、それより早い時期。.
