No final de 1974, Gnanamuthu da ACVO EVERETT RES LABINC apresentou a primeira patente US3952180A de revestimento a laser do mundo, que abriu a cortina de trabalho de pesquisa básica em tecnologia de revestimento a laser.
Com muitas vantagens, como baixa taxa de diluição, baixa entrada de calor e uma ampla gama de materiais, a tecnologia de revestimento a laser evoluiu muitos tipos diferentes no processo de aplicação industrial e é amplamente utilizada em vários campos de manufatura aditiva, re-manufatura e engenharia de superfície.
De acordo com o tipo de material a ser fundido a laser e a forma de acoplamento entre o material e o feixe de laser, as tecnologias de fusão a laser comuns podem ser divididas em tecnologia de fusão a laser de alimentação de pó coaxial, tecnologia de fusão a laser de alimentação de pó de eixo lateral (também chamada de tecnologia de fusão a laser de alimentação de pó lateral tecnologia de fusão a laser de alimentação de pó), tecnologia de fusão a laser de alta velocidade (também chamada de tecnologia de fusão a laser de ultra-alta velocidade).
Tecnologia de revestimento a laser de alimentação de pó coaxial
A tecnologia de revestimento a laser de alimentação de pó coaxial geralmente usa um laser de saída de fibra semicondutora e um alimentador de pó aerotransportado do tipo disco. A cabeça de revestimento adota um esquema de ponto circular com saída de luz central, uma alimentação de pó circular ou alimentação de vários pós ao redor do feixe e um canal de ar especial de proteção, onde o feixe de pó, feixe de luz e fluxo de ar de proteção se cruzam em um ponto. A poça de fusão é formada neste ponto focal durante a operação de revestimento, e a camada de revestimento é formada na superfície da peça de trabalho com o movimento relativo da cabeça de revestimento e da peça de trabalho.
Tecnologia de revestimento a laser de alimentação de pó do eixo lateral
A tecnologia de fusão a laser de alimentação de pó de eixo lateral também é chamada de tecnologia de fusão a laser de alimentação de pó lateral, que geralmente adota laser de saída direta de semicondutor ou laser de saída de fibra semicondutora e alimentador de pó de gravidade, e a cabeça de fusão adota esquema de alimentação de pó de banda larga de eixo lateral + ponto retangular. Quando o cabeçote de revestimento funciona, o pó de liga é fornecido à superfície da peça para pré-ajuste através do bico de alimentação de pó. Com o movimento relativo da cabeça de revestimento e da peça de trabalho, o feixe de laser retangular varre o pó de liga pré-estabelecido e o derrete para formar uma poça de fusão, que forma uma camada de revestimento após o resfriamento.
Tecnologia de revestimento a laser de velocidade ultra-alta
A tecnologia de fusão a laser de ultra-alta velocidade é um novo tipo de tecnologia de fusão a laser desenvolvida pelo Fraunhofer Institute for Laser Technology na Alemanha, que começou a ser promovida e aplicada na China em 2017. A tecnologia de fusão a laser de ultra-alta velocidade adota um semicondutor laser de saída de fibra ou laser de fibra com melhor qualidade de feixe, uma cabeça de fusão a laser de alta velocidade projetada com precisão e um mecanismo de movimento com alta velocidade de rotação ou velocidade de movimento. O acoplamento do feixe de laser com o feixe de pó e o fluxo de gás inerte é precisamente projetado para que parte da energia do laser seja usada para aquecer o feixe de pó enquanto a outra parte do feixe de laser que penetra no feixe de pó aquece o substrato, e A pólvora é derretido ou aquecido a uma temperatura muito alta antes de entrar na piscina de fusão, encurtando assim o tempo necessário para a fusão do pó. Revestimento a laser de até 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)
| Métrico | 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.
