Utiliser des lasers comme « stylo » et de la poudre métallique comme « encre »
La technologie de remise à neuf au laser est une technologie de réparation avancée dont le cœur est le revêtement laser. Il intègre le traitement laser, la science des matériaux et les technologies numériques. Il peut non seulement restaurer les dimensions géométriques des composants endommagés, mais également permettre à leurs performances d'atteindre, voire de dépasser, celles des nouveaux produits. Cette technologie se caractérise par une qualité élevée, une efficacité, des économies d'énergie, une conservation des matériaux et une protection de l'environnement, ce qui en fait un moteur clé du développement industriel vert. Avec la stratégie « Made in China 2025 » qui met l'accent sur la fabrication verte comme projet clé, la refabrication laser a reçu un fort soutien politique. On estime que la taille de l'industrie chinoise de refabrication au laser devrait atteindre 10 milliards de yuans d'ici 2025, ce qui indique un énorme potentiel de marché et remodèle activement l'écosystème d'utilisation circulaire de l'industrie manufacturière.
Principes techniques et avantages comparatifs
La base technique de la refabrication au laser est le revêtement laser, qui forme une couche liée métallurgiquement sur la surface du substrat à l'aide d'un faisceau laser à haute énergie-pour faire fondre le matériau de revêtement. Cette technologie offre des avantages significatifs par rapport aux méthodes de réparation traditionnelles : une petite zone affectée thermiquement-minimisant la déformation de la pièce ; faible taux de dilution de la couche de bardage avec contrôle précis ; microstructure dense de la couche de revêtement avec peu de défauts microscopiques ; et une force de liaison métallurgique élevée avec le substrat. Les matériaux couramment utilisés dans la refabrication au laser comprennent les poudres d'alliages à base de Co-Cr, de Ni-Cr et de Fe-Cr, et des matériaux céramiques peuvent être ajoutés pour former des revêtements métalliques-céramiques. Par rapport aux technologies traditionnelles telles que la projection thermique, la couche réparée au laser forme une liaison métallurgique avec le substrat, ce qui donne une structure interne uniforme et fine qui élimine les défauts tels que les pores, les fissures et les inclusions de scories, tandis que les revêtements projetés thermiquement sont liés mécaniquement et contiennent de nombreux pores.
Historique de développement et expansion des applications
La technologie de refabrication au laser est née dans les années 1970. En 1974, le chercheur américain Gnanamuthu a réalisé pour la première fois un revêtement laser sur un substrat métallique. En 1981, la société britannique Rolls-Royce a appliqué la technologie de revêtement laser pour réparer les pales de moteurs d'avion-, marquant ainsi son entrée dans la phase d'application industrielle. Depuis la réforme et l'ouverture, l'introduction d'équipements haut de gamme étrangers et les besoins de réparation des grands projets d'ingénierie ont offert des opportunités pour le développement de la technologie de refabrication laser en Chine. Ces dernières années, le champ d'application de la technologie de remise à neuf au laser en Chine s'est étendu de l'aviation et de la défense à plus de dix industries, notamment les machines minières, l'énergie et les équipements métallurgiques. Près de 300 entreprises de remise à neuf au laser ont été créées en Chine, formant un modèle de développement collaboratif impliquant des universités, des instituts de recherche et des entreprises industrielles, favorisant le développement rapide de cette technologie d'un objectif de recherche à une application industrielle.
Principales percées technologiques et innovation
Les équipements de remise à neuf au laser ont subi une évolution technologique, passant des lasers CO2 aux lasers à fibre et aux lasers à semi-conducteurs. Les nouveaux équipements laser offrent une plus grande flexibilité et des caractéristiques de longueur d’onde plus courte, promettant des perspectives d’application plus larges. Le reconditionnement laser assisté par-champ-d'énergie est devenu un moyen important pour un reconditionnement de haute-qualité. En introduisant des champs d'énergie externes tels que des champs électromagnétiques, des champs de chauffage par induction et des vibrations ultrasoniques, il peut réguler efficacement le débit de la piscine en fusion, supprimer les pores et contrôler la microstructure. Pour répondre aux besoins de remise à neuf sur site-, les chercheurs ont surmonté la technologie de revêtement laser-à angle complet, réalisant une réparation laser à différents angles d'inclinaison. Cependant, le reconditionnement laser reste confronté à des défis tels que la variété limitée de matériaux dédiés et la dépendance aux importations pour les équipements et composants de base, qui freinent le développement industriel ultérieur.
Applications industrielles et avantages économiques
Dans l’industrie des machines minières, la technologie de remise à neuf au laser est utilisée pour réparer des composants clés tels que les arbres principaux des concasseurs et les colonnes de support hydraulique. La durée de vie d'un arbre principal réparé peut être augmentée de 2-3 fois. Dans l’industrie sidérurgique, cette technologie est appliquée à la réparation des rouleaux. Les performances des rouleaux réparés sont plusieurs fois améliorées par rapport aux processus traditionnels, pour seulement un tiers du prix d'un rouleau neuf. Dans les industries pétrochimiques et énergétiques, la remise à neuf au laser est utilisée pour réparer des équipements clés tels que les turbines à gaz et les turbines à vapeur, ce qui coûte moins de 10 % des équipements neufs. Selon les statistiques, le volume annuel de colonnes de support hydraulique mises au rebut en Chine est d'environ 450 000 tonnes. L’utilisation de la technologie de remise à neuf des gaines au laser pourrait permettre d’économiser 190 000 tonnes de charbon standard par an et de réduire considérablement la pollution atmosphérique. Cette technologie permet d'économiser 40 % en coûts, 60 % en énergie, 70 % en matériaux et réduire les émissions de 80 %, offrant ainsi des avantages économiques et environnementaux significatifs.
Composants d'équipement laser
Machine laser à fibre
Tête de revêtement laser
Alimentateur de poudre
Tête de durcissement au laser
Défis et tendances futures
Le développement de la technologie de refabrication laser est confronté à quatre défis principaux : une variété limitée de matériaux dédiés et un manque de matériaux de réparation hautes-performances ; la dépendance à l'égard des importations pour les équipements et composants de base ; reconnaissance insuffisante de l'industrie; et un système standard incomplet. À l’avenir, la technologie évoluera vers l’intelligence et l’automatisation. L'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique seront utilisés pour optimiser les paramètres de fabrication et réaliser un contrôle qualité en temps réel. La remise à neuf sur site-est une autre tendance importante, les équipements laser évoluant vers la miniaturisation et l'intégration. D'ici 2035, l'objectif de développement de l'industrie chinoise de refabrication au laser est la maturation d'une technologie intelligente et une échelle industrielle atteignant 50 milliards de yuans. À long terme, la refabrication laser prendra en charge les systèmes de services distribués, permettra une application généralisée dans la fabrication d'équipements haut de gamme et fournira un support technique de base pour l'économie circulaire.