详解矿机易损设备3D打印修复技术的应用探讨(2)
3.2 矿机易损机构件类3D打印激光修复
矿机易损的设备包括机械结构件类，该类零部件一般 需要满足设备自身的结构强度外，还需要具有一定的抵抗磨损、冲击等作用。该类零部件一般受破坏强度适中，更换频率较低。但是，进口的一些大型矿用设备零部件配件供货周期长，价格昂贵。零部件易损后，3D打印激光修复不仅可以在短时间内使设备正常运转，而且可以节约大量的设备维修成本。这类零部件的材质一般为普通的高强度结构钢、耐磨钢等钢材，也有一些结构需要用到铸铁、铸钢件。
矿用设备易磨损件一般要求强度/硬度高，耐磨性好，兼具有一定的韧性。激光成形修复技术因为能量集中，热影响区小，内部晶粒细小，组织均匀，性能优越。另外，激光成形修复技术可以在CAD/CAM软件支持下，利用CNC（计算机数控）技术成形出与原零件相同结构的外形，达到近净成形的效果。利用这种技术修复出来的零件，不仅外观质量平整光滑，结构变形小，而且力学性能可以达到传统锻件水平，远高于普通电弧焊、氩弧焊等方式修复件性能水平。
3.3 矿机易损机械传动类3D打印激光修复
另外一部分矿机易损零部件是机械传动系统类零部件， 如齿轮、花键、轴等，该类零部件失效形式一般为断齿、磨损等形式，更换频率相对于第一、第二类低。齿轮、花键类零件一般采用渗碳/渗氮钢，轴类零件一般采用淬透性较好的40Cr、35CrMo、40CrNiMo等，这类零部件一般价格昂贵，加工尺寸精度要求较高，稍有碰伤即无法使用。尤其是进口的矿用大型煤炭设备，没有可供更换的零部件，这类零部件一旦损坏设备就无法继续工作。
3.4 3D激光打印修复技术特点和优势
1）数字制造：借助CAD等软件将产品结构数字化，驱动机器设备加工制造成器件；数字化文件还可借助网络进行传递，实现异地分散化制造的生产模式。
2）降维制造（分层制造）：即把三维结构的物体先分解成二维层状结构，逐层累加形成三维物品。因此，原理上3D打印技术可以制造出任何复杂的结构，而且制造过程更柔性化。
3）堆积制造：“从下而上”的堆积方式对于实现非匀致材料、功能梯度的器件更有优势。
4）直接制造：任何高性能难成型的部件均可通过“打印”方式一次性直接制造出来，不需要通过组装拼接等复杂过程来实现。
5）快速制造：3D打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造，因此，制造更快速、更高效。
3.5 矿用设备维修3D打印激光修复的应用展望
3D打印技术通过材料的堆叠来完成立体实物的加工，进而最大程度的节省了材料。矿机易损零部件的维修是在悄无声息的环境下完成的，对环境基本实现了零污染，同时也节约了能源。国家已认识到3D打印技术的重要性，这也为3D打印激光修复技术在矿机易损部件修复的发展提供了契机。
目前部分矿机采用激光熔覆技术来增加使用寿命及表面涂覆，最先选用的涂层材料就是Ni基、Co基、Fe基自熔合金，这种合金系具有较好的耐磨性、耐蚀性，对各种碳钢、不锈钢、合金钢、铸铁和多种有色金属基体具有广泛而良好的润湿性能够与基体实现冶金结合，从而获得过反应用。
激光成形3D打印技术还可以实现材料复合制造，利用Ni基、Co基、Fe基等自熔合金作为粘接剂，选用WC、Al2O3、ZrO2、TiC、TiN、SiC等陶瓷材料作为增强相经激光立体成形修补至受磨损工件的易损区，使工件耐磨性能成倍提高。在Ni－Cr－B－Si系自熔合金中加人WC、TiC、SiC、B4C等高熔点的超硬陶瓷颗粒形成复合涂层，可大大地提高涂层的硬度和耐磨性，平均硬度达HVl000～HV1400。激光成形3D打印技术以其灵活的材料选配，以及精巧的自由成形优势，显示出比激光熔覆技术在矿用设备易磨损件方面更广阔的应用前景。
作为一种3D打印技术，激光成形修复技术拥有金属3D打印技术的自由成形能力，3D打印技术在铸造上的应用，集中在砂型、模具、铸件制造及修复方面，该技术继承了激光熔覆技术（LaserSurfaceCladding）的表面强化优势，在成形过程中可以实现Ni基、Co基、Fe基自熔合金与WC、TiC、TiN、SiC等陶瓷材料复合。
矿机易损零部件3D打印激光修复作为3D打印技术的一种实际应用，激光成形修复技术弥补了激光熔覆技术在复杂结构成型方面的缺陷，延袭并发展了激光熔覆技术在表面强化方面的技术优势，用于修补矿用设备易损零部件，不仅可以避免或减少修复后的机械加工，实现仿形精确修复，可以修补出既具有复杂/异形结构，又具有高强耐磨的性能，而且提高了矿用设备易损件的使用寿命，是矿用设备较理想的修复方式，在矿用设备修复上具有潜在的技术优势和广阔的应用前景，具有长足的发展潜力和巨大的经济效益。
探讨了基于3D打印激光成形修复技术在矿机易损设备修复的应用范围及应用前景， 提出在矿用设备易损零部件的直接工作件类、结构件类型、传动系统件三种类型设备的3D打印 激光修复技术应用可行性，以及与部分矿机设备采用的激光熔覆表面强化技术的区别与优势，结果表明：3D打印激光修补矿用设备易损零部件，能避免或减少修复的机械加工，达到仿形精确修复，提高矿用设备易损件的使用寿命。
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