工业视觉+激光熔覆实现的涡轮叶片修复工厂自动化

| 3DScienceValley · 2024/04/11

根据北京航空制造工程研究所白瑞金及沈阳航空工业学院张利国的《涡轮叶片修复及其市场分析》，涡轮叶片与热端部件的寿命往往是现代高性能喷气发动机最低寿命周期费用的决定性制约因素。航空发动机零件修复可谓是高投入、高附加值、高层次政策下的高技术产业，是一项军民通用技术。其巨大的经济利益吸引了许多国家和地区纷纷涉足此领域。一般认为，如果修复叶片的成本低于新叶片成本的70%，则修复工作是值得的。

近日，尼康发布最新金属增材制造系统 Lasermeister LM300A 和3D扫描仪 Lasermeister SB100，通过增材制造提供创新的修复解决方案，实现全流程的数字制造工厂自动化。

▲ 尼康工业视觉+增材制造方案组合
© 尼康

变革修复模式

目前，涡轮叶片用于飞机发动机和发电机，以帮助从热气体中提取能量。然而，由于暴露在恶劣的条件下，这些涡轮叶片会随着时间的推移而退化，并且必须定期修复磨损的叶片才能继续使用。传统的涡轮叶片修复工艺涉及对每个叶片的磨损区域进行切割和刮削，这既费时又产生浪费。然后手动焊接刀片进行修复，并进行磨削以使零件恢复到理想形状。这种严格的维修过程带来了许多挑战，包括难以找到高技能焊工，这可能导致质量一致性问题和较长的交货时间。

由于分布式制造模式的发展，以往的向低生产成本要素的国家和区域积聚的“水往低处流”的制造方式将被极大的稀释。3D打印作为提升制造业附加值创造和改变供应链结构的“利器”，将引导“水的潮汐运动”，即开辟全球竞争的新赛道规则，在这条赛道上，产品的设计以功能实现为导向，这将是整个价值创造的核心，而制造的新迁移趋势将是向高端生产力要素聚集的方向迁移，这不是贸易战的结果，也不是新冠病毒带来的影响，而是制造业可持续发展带来的逻辑结果。

打造日本的新质生产力吸引力，作为改变游戏规则的解决方案，为了解决传统修复过程中的众多挑战，尼康开发了LM300A 和 SB100，可将传统焊接过程的交货时间缩短高达 65%，并最大限度地减少后处理要求。除了前面讨论的涡轮叶片示例之外，这项创新技术还将为汽车、铁路、机械工业和其他维修应用提供巨大价值。

尼康下一代金属增材制造系统 Lasermeister LM300A，采用定向能量沉积 (DED) 技术，以及配套的3D扫描仪 Lasermeister SB100,是尼康先进制造解决方案组合的最新战略补充。

LM300A 基于尼康经过验证的高精度处理能力，支持扩大的构建区域，并配备了新开发的3D扫描仪SB100。这款先进的3D扫描仪支持工厂自动化，用户只需单击按钮即可扫描每个工件，然后自动生成用于开始3D打印过程的加工路径参数。LM300A 和 SB100 的成功配对为行业带来了巨大的价值，特别是对于修复涡轮叶片和模具等应用。

无缝扫描和刀具路径生成

只需将工件（例如磨损的刀片）放入SB100内，单击按钮，模块即可开始扫描和测量室内的工件。然后，它使用内置的高精度扫描功能，将当前的实际形状与理想的CAD模型进行比较，以提取差异。然后，SB100 自动生成加工路径参数，用于针对每个损坏或磨损工件进行修复。

整个过程很容易完成，不需要任何特殊技能或手动切割修复区域。然后加工路径数据被传输到 LM300A 以启动增材制造，增材工艺完成后，工件可以放回SB100，在那里进行扫描和检查，以确认修复已达到其理想模型。这种自动化和简化的工作流程可以极大地降低工业用户的成本和交货时间。

各种金属材料的高精度加工

LM300A 利用尼康半导体光刻系统数十年来开发的先进光学和精密控制技术来执行高精度处理。以涡轮叶片修复为例，LM300A可在XY轴方向进行±0mm至最大±0.5mm差值和Z轴方向±0.5mm至±1.5mm差值的精度内进行加工，实现超高精度。此外，熔池反馈系统的实时激光功率控制可实现光滑的表面光洁度和零件的精确加工，最终实现具有最佳质量和稳定性的无裂纹修复。

能够以高精度构建现有零件并提供与各种材料兼容的先进制造解决方案，这是尼康增材制造技术的主要优势。LM300A支持镍基合金（Ni625、Ni718）、不锈钢（SUS316L）、高速钢（SKH51/M2/HS6-5-2）、钛合金（Ti64/Ti-6Al-4V）等金属材料，是一个开放系统。

在其2030年愿景声明中，尼康确立了在人类与机器无缝共创的全球化发展中成为关键技术解决方案公司的目标，战略重点是数字制造。而金属增材制造系统 Lasermeister LM300A 和3D扫描仪 Lasermeister SB100工业视觉的集成解决方案，是尼康迈向其愿景的坚实一步。