1前⾔
⾼端装备关键零部件，如航空发动机热端部件、超超临界汽轮机转⼦及叶⽚、铁路轨道、冶⾦装备等，由于服役环境恶劣，易发⽣结构、表⾯损伤⽽导致⾼端装备停机或报废。若运⽤全⽣命周期制造的思路，通过快速再制造或现场再制造，可延长易损件的服役时间，实现资源的再利⽤，促进可持续发展。《中国制造 2025》中明确指出：全⾯推⾏绿⾊制造，⼤⼒发展再制造产业，实施⾼端再制造、智能再制造、在役再制造，推进产品认定，促进再制造产业持续健康发展。 激光再制造技术以⾼功率激光束为热源，运⽤⾮接触光加⼯的⽅式，可为零件修复与再制造提供新的解决⽅案，是绿⾊再制造的重要⽀撑技术。该技术可快速恢复产品或零部件尺⼨，并在性能上达到甚⾄超越新品，具有修复精度⾼、⼯件损伤⼩、修复区结合强度⾼、材料利⽤率⾼等优点。⾯向不同领域关键零部件的修复需求，国内外学者主要针对铁基、钛基、钴基、镍基合⾦材料的激光熔覆开展了理论和实验研究，并在航空发动机叶⽚、汽轮机转⼦、冶⾦装备、煤矿机械、⾼压油泵凸轮轴等领域开展了激光再制造技术的应⽤基础研究。但激光再制造技术⽬前仅在少数领域实现了⼯业应⽤，⾯向规模应⽤仍存在⼀定的技术与市场瓶颈。 针对激光再制造技术与产业，本⽂在分析其发展现状的基础上，梳理当前⾯临的技术问题与应⽤挑战，并研判发展趋势，提出促进我国激光再制造技术与产业发展的对策建议。
2 激光再制造技术宏观需求分析
（⼀）激光再制造技术是制造技术创新的前沿领域
激光再制造技术可⽤于激光再制造的前处理、成形修复和后处理环节。其中，核⼼环节是激光成形修复技术，如采⽤激光熔覆成形、激光快速成形以及激光焊接⼯艺来修复零件缺损部位。此外，激光切割和激光清洗技术可⽤于零件的拆解和前处理环节，激光冲击强化和激光抛光可⽤于零件修复件的后处理环节。
基于激光熔覆成形和激光快速成形的激光增材再制造技术，具有能运⽤稳定的熔池形成冶⾦结合、界⾯结合强度远⾼于镀膜和喷涂以及热输⼊量⼩于电弧堆焊的优势，可满⾜⾼强度零部件的再制造需求，是先进制造技术的重要前沿发展⽅向。针对部分⼤型装备、关键零部件的严苛修复需求，特种修复⼯艺、多能场激光再制造技术成为当前研究热点。木纹扣板
（⼆）激光再制造产业是促进制造业转型升级的新兴产业
激光再制造技术在⾼端装备再制造中占据优势，被认为是制造业转型升级的新⼀代战略性⽀撑技术。由激光再制造技术发展⽽形成的激光再制造产业，为制造业转型升级提供了发展动⼒。
激光再制造产业在欧美等发达国家或地区已成为具有显著经济和社会效益的产业，极⼤地推动了制造业的转型升级。为推动激光再制造产业的发展，世界主要国家或地区先后制定了⼀系列战略建议与政策⽀持。当前，我国已跻⾝为制造业⼤国，但相较于发达国家或地区，⽣产制造技术的精细化程度仍有待提⾼。另外，在节能减排的发展要求下，我国也逐渐关注激光再制造产业领域，并推出了⼀系列战略与政策进⾏配套⽀持发展。近年来，我国激光修复与再制造技术在航空、航天、矿⼭机械、轮机装备、冶⾦装备等领域初步形成产业，在煤矿液压⽀架、冶⾦轧辊、汽轮机转⼦等动⼒设备
空、航天、矿⼭机械、轮机装备、冶⾦装备等领域初步形成产业，在煤矿液压⽀架、冶⾦轧辊、汽轮机转⼦等动⼒设备再制造上得到了⼴泛应⽤。激光再制造产业成为推动制造业转型升级的新兴产业。
（三）激光再制造产业是促进可持续发展的重要⼒量
《中国制造 2025》将绿⾊制造作为五⼤⼯程之⼀，更明确指出要组织实施传统制造业能效提升、清洁⽣产、节⽔治污、循环利⽤等专项技术并加以改造。⽽激光再制造产业与绿⾊制造的理念⾼度契合，为传统制造业可持续发展提供重要⽀撑。
激光再制造技术具有热量输⼊集中、⼯件损伤⼩、加⼯速度快等特点，是⼀种新兴的绿⾊再制造技术。激光再制造技术可实现关键零部件的快速修复并减少资源浪费，降低停机造成的能源和经济损失，促进可持续发展。另外，激光再制造产业在制造过程中“三废”排放少，污染源可控，这与我国构建循环经济⾼度契合，并有利于促进节能减排战略需求的部署实施。
（四）激光再制造技术深刻改变着⾼端装备的设计与运⾏⽅式
⾼端装备制造业的绿⾊、低能耗、⾼品质发展已是当务之急，对关键零部件进⾏全⽣命周期管理已成为⾼端装备发展的重要趋势。激光再制造技术的出现和使⽤，完善了关键零部件全⽣命周期管理的内涵。具体来说，关键零部件在设计阶段要考虑修复可能性，在服役阶段要考虑使⽤寿命等的信息反馈，在报废阶段要考虑⾮破坏性分解等报废⽅式。同时，通过加强对产品失效分析及剩余寿命变化规律的探索，可以实现零部件失效部位⾼性能表⾯涂层的设计与制备以及薄弱部位的加⼯完善和质量控制。
全⽣命周期的制造模式将从源头上有效治理制造业污染，弥补设备运⾏停顿带来的损失，颠覆传统的制造模式。⽽激光修复与再制造技术作为其中的关键⼀环，深刻改变着制造业装备的设计思路和运⾏⽅式。
3 激光再制造技术发展现状
（⼀）激光再制造技术在不同⼯业领域零部件修复中实现应⽤
随着⼤功率激光器及其配套设备的不断发展，越来越多的国家加强对激光再制造技术在机械零件制造和修复领域的理论与技术研究。⽬前激光再制造技术已在航空、航天、国防⼯业、矿⼭机械、能源动⼒、冶⾦装备等⼯业领域实际应⽤。国外激光再制造技术的应⽤主要集中于国防⼯业及航空、航天领域，如应⽤激光再制造技术修复航空发动机失效零部件。
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我国激光再制造技术在军⽤领域主要⽤于构建军⽤航空发动机关键零部件再制造核⼼技术体系；在民⽤⼯业领域，激光再制造技术已在矿⼭机械、能源动⼒、冶⾦装备等领域的煤矿液压⽀架、汽轮机转⼦及叶⽚、冶⾦辊道、芯棒、轧机牌坊等⼤型装备及关键零部件的修复中实现应⽤，其中，煤矿液压⽀架的激光再制造技术已实现了批量化应⽤。
（⼆）能场辅助激光再制造成为⾼质量再制造的重要⼿段
⾯向⾼端装备关键零部件的⾼质量修复、现场修复需求，单⼀能束的激光⾦属成形技术存在易产⽣⽓孔、残余应⼒、微裂纹等缺陷，从⽽影响到修复件的性能和稳定性。因⽽，仅仅通过改变激光⼯艺已难以满⾜⾼端装备对精确性、复杂性和⾼性能等的再制造需求。
据此，国内外学者提出采⽤电磁场、感应热场、超声振动等外加能场耦合作⽤于激光再制造过程。具体来看，⾯向窄深缺陷修复问题以及严格⽆⽓孔要求，引⼊电磁场调节熔池流动、抑制⽓孔；⾯向对微观组织有严格要求的部件，引⼊超声能场对组织形貌进⾏调控；⾯向易开裂材料或部位，引⼊热场降低温度梯度，降低残余应⼒风险。当前，能场辅助激光再制造技术已成为研究热点，但相关技术仍处于实验室研发及原型样机研发阶段。⾯向⼯业应⽤需求，亟需在复合制造⼯艺定型、能场复合集成设备等⽅⾯继续开展研发，以满⾜未来⾼端装备对⾼质量、⾼效率的修复需求。
（三）现场再制造是激光再制造技术的重要发展⽅向
⾯对尺⼨庞⼤、难以运输的⼤型设备或⼤型零部件的修复需求，应⽤激光现场再制造技术的突出优势可快速实现损伤设备的恢复运⾏。为便于进⾏现场再制造，激光设备需⼩型化、集成化且⽅便运输，以适应复杂的现场环境和保持较⾼的稳定性。
采⽤激光熔覆再制造技术对⼤型装备或零部件进⾏修复时，尤其是⾮⽔平基⾯损伤的激光修复，熔池在重⼒作⽤下形状易发⽣变化，这对多⾓度激光再制造⼯艺提出了更⾼的要求。为此，⽯世宏研究团
队采⽤光内送粉激光熔覆技术，在不
易发⽣变化，这对多⾓度激光再制造⼯艺提出了更⾼的要求。为此，⽯世宏研究团队采⽤光内送粉激光熔覆技术，在不同倾⾓基⾯下控制激光熔覆头与基⾯始终垂直，实现了全⾓度激光熔覆。姚建华研究团队研究了⼯作⽓流及熔覆⾓度对激光修复转⼦轴质量的影响情况，实现了不同倾⾓条件下的激光修复。
陈蓉 海藻4 激光再制造技术发展⾯临的挑战
以激光再制造技术为代表的装备修复与再制造产业是装备制造业的衍⽣产业。我国激光再制造技术虽已在矿⼭机械、能源动⼒、冶⾦装备等领域率先得到了应⽤，但随着⾼端装备产业的发展对激光再制造技术和产业提出了更多新的要求，如以航空发动机与燃⽓轮机为代表的⾼端装备激光再制造技术。⽬前，我国激光再制造产业与制造业的产业规模不匹配，产业发展存在“⼩、散、弱”、应⽤领域少等问题，缺少规模⼤、技术实⼒强的国际龙头企业。我国激光再制造技术的应⽤和发展⾯临如下挑战。
（⼀）激光再制造专⽤材料发展落后
我国激光再制造专⽤材料“卡脖⼦”问题突出，具体表现为激光再制造粉材与丝材等专⽤新材料⽅⾯发展较为滞后，专有材料选择局限性较⼤，⾯临品种少、供应商少、⾼性能修复材料缺乏等问题，且专
有材料的可靠性、稳定性普遍不⾼并缺乏验证。⽬前国外企业⾯向激光增材制造技术已开发出系列专⽤材料，如德国斯棱曼激光公司（SLM Solutions）已开发出铝基、镍基、钛基、钴基、铁基、铜基等系列激光增材制造材料，并与⾃产装备配套建⽴了稳定的⼯艺体系。国外的设备⼚商在出⼝时通常采⽤“装备 + 粉末”的捆绑销售政策，使得我国在进⼝专⽤材料时价格昂贵，提⾼了产品成本，降低了在激光增材再制造领域的竞争⼒。
（⼆）核⼼装备及部件依赖进⼝
我国在激光再制造领域已具备⼀定的装备研发能⼒，但仍以⾯向⼯业应⽤的设备集成开发为主，其核⼼器件，如⾼光束质量激光器及光束整形系统、⾼品质电⼦及⾼速扫描系统、⼤功率激光扫描振镜、动态聚焦镜、阵列式⾼精度喷嘴 /喷头等精密元器件仍然严重依赖进⼝，国产激光制造装备在⼯艺稳定性、环境温度控制等⽅⾯与进⼝品牌仍有较⼤差距。我国⽬前已有⼤族激光智能装备集团、华⼯激光⼯程有限责任公司等⼀批具有国际影响⼒的设备⼚家，但⾼端激光装备市场仍以国外先进企业为主导，如通快集团（Trumpf）、阿帕奇公司（IPG）、美国相⼲激光公司（Coherent）、利泽莱恩激光公司（Laserline）等。
（三）企业对激光再制造技术的理解和认识不⾜
激光再制造技术为⾼端装备修复与再制造提供了新的解决⽅案，但该技术尚未被装备⾏业⼴泛接受和
认可。具体原因有：⼀⽅⾯，部分传统装备企业对于新技术的敏感度较低，需要加强推⼴提⾼认识；另⼀⽅⾯，在某⼀装备领域引⼊激光再制造技术时，需经过严谨的科学分析与完备的⼯艺验证，盲⽬引⼊新技术将带来装备运⾏风险。另外，在产品全⽣命周期管理中，产品和材料设计需考虑零部件的维护保养与再制造，⽽传统装备部件在设计时并未考虑采⽤激光再制造进⾏部件维修，因此，部分装备部件受结构形式或材料选型⽅⾯的限制难以应⽤激光再制造技术。
（四）⾏业标准及体系不健全
在激光修复与再制造领域，我国已有《激光修复技术术语和定义》、《激光修复通⽤技术规范》等国家标准以及部分机械⾏业标准和企业标准，但尚未建⽴完整的激光再制造技术标准体系，这制约了相关技术成果的累积、固化、推⼴和应⽤。由于⽋缺统⼀的⾏业标准体系，部分企业在激光修复过程中对材料选型和⼯艺的科学考虑不⾜，导致修复件失效，造成财产损失甚⾄是安全事故，进⽽给激光再制造技术的⾏业推⼴带来了负⾯影响。
5 激光再制造技术的发展⽬标
近年来随着激光修复与再制造技术的不断发展，我国激光再制造产业已初具规模。经估算，2019 年我国激光修复与再制造产业规模约达到20 亿元，激光再制造技术在⼯业修复领域已经展现出巨⼤的应⽤潜⼒。未来随着修复质量、效率、智能化等⽅⾯的进⼀步提升，激光再制造技术将进⼀步得到推⼴和
应⽤，对装备设计理念、产业结构、制造服务产⽣深远影响。考虑到技术、产业、理念的⾰新，激光再制造技术今后分阶段的发展⽬标如下。
（⼀）⾯向 2025 年的发展⽬标
对接《中国制造 2025》提出的再制造发展战略，针对⾼端装备关键零部件对提⾼修复质量和效率的迫切需求，解决⽬前激光再制造产业“⼩、散、弱”的现状，到 2025 年，激光再制造技术和产业的发展⽬标为：全⾯提⾼激光再制造装备、材料、⼯艺⽔平，不断满⾜不同⼯业领域关键零部件对⾼质量再制造、现场再制造、在役再制造技术的需求；提⾼激光再制造及其前后处理⼯艺的综合效率，满⾜⾼效再制造的需求；对接“两机”国产化战略，解决“两机”热端部件等核⼼部件修复需求；以规模化为发展⽬标，在技术发展和成本下降的基础上扩⼤应⽤领域、扩⼤产业规模。预计到 2025
部件修复需求；以规模化为发展⽬标，在技术发展和成本下降的基础上扩⼤应⽤领域、扩⼤产业规模。预计到 2025年，我国整体激光再制造产业规模将达到 100 亿元。
⾯向 2025 年的重点发展⽅向为：在技术层⾯重点发展激光复合再制造及其关键装备、⾼速 / 超⾼速 / 宽带激光再制造装备与⼯艺、复杂形状热端部件⾼质量激光增材再制造技术、激光再制造过程中的同步检测与控制、恶劣现场环境下的激光再制造技术；形成激光复合装备制造业、修复服务业、修复专⽤粉材及丝材产业；激光再制造技术向多个领域及其零部件延伸，形成规模化的现场激光再制造服务
⾏业。
（⼆）⾯向 2035 年的发展⽬标
制造业服务化已成为制造业转型升级的主要⽅向，⽽激光再制造技术是回收再制造服务的重要⽀撑技术。为了⽀撑分布式的激光再制造服务体系，到 2035 年，激光再制造技术和产业的发展⽬标为：智能化激光再制造技术趋于成熟，零部件激光修复实现⾃动便捷操作；激光修复与再制造技术形成标准化体系；⾯向不同⼯业领域对激光智能修复技术的需求，形成成熟的激光再制造产业链。预计到2035 年，我国激光再制造产业规模达到 500 亿元。
⾯向 2035 年的重点发展⽅向为：在技术层⾯重点发展缺陷⾃动识别与修复⼯艺智能规范技术、激光智能修复与再制造技术、激光再制造件寿命精确预测技术；形成激光再制造专⽤装备、智能化控制系统及软件、修复专⽤材料、再制造服务四⼤产业。
（三）⾯向 2050 年的发展⽬标
⼈与⾃然和谐发展是⼈类⽂明发展的必由之路，随着再⽣产品和循环经济理念的深⼊⼈⼼，再制造技术将⾛向普及化、家⽤化。到 2050 年，激光再制造技术和产业的发展⽬标为：⼩型化激光快速修复装备与配套⼯艺技术成熟；实现极端条件和环境下的激光再制造；以激光再制造为核⼼技术的制造服务在⾼端装备业普及化。
⾯向 2050 年的重点发展⽅向为：在技术层⾯重点发展细⼩损伤的精确监测以及微观组织层⾯的精密修复；深海、太空、两极等极端环境下激光再制造；⾼端装备销售业转型为⾼端装备服务业并成为主流；激光再制造技术⽀撑再⽣产品和循环经济的普及。
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6 激光再制造技术发展建议
（⼀）加强战略层⾯的积极引导增白皂
建议加⼤对激光再制造专⽤材料、核⼼装备及部件等重点领域的财政⽀持⼒度。充分利⽤国家重⼤专项、国家重点研发计划等资⾦渠道，采⽤⾼校、科研院所、企业、⽤户相结合的⽅式，在不断推动通⽤型设备及⼯艺发展的基础上，重点⽀持⾯向典型易损件的专⽤激光再制造装备、材料及⼯艺的研发。冒进信号
（⼆）建⽴激光增材再制造材料基因组体系
激光增材再制造技术的不断发展对专⽤材料提出了更⾼的发展要求。由于专⽤材料的⾮平衡亚稳态特性，与传统材料相⽐，专⽤材料的设计与研发难度更⼤、周期更长、过程也更复杂，传统的⽅法已难以满⾜现在的发展需要。因此，建议尽快建⽴具有⾃⾝特点的激光增材再制造材料基因组体系，提⾼专⽤材料的⾮平衡亚稳态特性，并建⽴具有⾃⾝基因组⾼通量的计算依据及理论。
（三）加快建⽴完善标准化体系和⾼层次应⽤型⼈才培养体系
建议提⾼对激光再制造技术及产品的研发、检验与认证的能⼒，努⼒促进标准化与产业紧密结合，建⽴完善的激光再制造产业发展标准体系。加强国际合作，积极对接国际标准化组织，开展相关标准的建⽴、转化及完善⼯作。同时，聚焦我国在激光再制造领域专门⼈才和⾏业规范⽋缺的情况，依托国家现有⼈才培养与引进政策，不断完善⾼层次应⽤型⼈才的培养体系建设。
（四）加⼤应⽤推⼴⼒度，引导⾏业整合
建议将政府⽀持与各种⾏业资源相结合，加强我国激光再制造产业各分领域的联系，拓宽产业与政府、产业链上下游、产业之间以及⽣产企业和⽤户之间的对接通道，加快技术的推⼴应⽤。着重开展分层级、分领域的试点⽰范专项⾏动，点⾯结合，协同推进，积极引导和促进社会⼒量及地⽅政府的投⼊，共同推进激光再制造技术的深度应⽤，促进我国激光再制造产业的持续快速发展。
（五）加强“产学研⽤”协同创新，加快关键共性技术创新发展
建议在激光再制造、全⽣命周期制造等领域建⽴国家级研发平台，由⾼校、科研院所和⾻⼲企业牵头，打通产业链的上下游，形成完整的材料、装备、⼯艺、检测、应⽤体系，加快对关键共性技术的攻关和创新发展。⾯向不同⾏业领域，设⽴各具特⾊的再制造产业联盟、再制造产品评估与检测中⼼以及协同创新中⼼等。
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