这过程可称为激光粉末熔接、激光粉末淀积、直接金属淀积或粉末金属淀积，用一种高能激光，在基底表面，例如一个模具的表面，产生一个小的熔化池，同时一个汇聚的细磨金属颗粒流注入熔融池，以增加材料的体积。金属颗粒熔融并与基底金属接合，形成复合层。通过这样一层一层的叠加，模具可以填充成一个新的、接近最终的形状，这样就可以加工到最终的形状和公差。

 
软件控制的激光在模具表面形成一个熔融池，
粉末金属流被引入池子时熔融，并叠加在这区域

激光粉末熔接原理

      在这过程中，有很多种粉末材料可供使用，包括钛、不锈钢、工具钢、金属碳化物、Iconel和其它稀有合金。因为材料很快冷却，并且凝结成微细粒度的微观结构，因而它们比锻制材料强度更高，不失延展性。淀积的材料能匹配基底金属，或逐渐或急剧过渡到不同的材料，形成真正的冶金接合。施加粉末的量和形式，可以通过软件控制喷嘴进给系统来连续调节。

 
激光粉末熔接系统

      由于激光产生的热非常局部性的，所以模具的变形不成问题。

      这过程使模具的重新装备更有成本效益，并给模具设计师提供新的机遇。

      这过程的另一个特点是它可以容易地给模具加上以前不可能有的特性，例如，传统的方法是冷却道在制造以后，在工具上钻孔，而且限于直线通道。用这过程，模具上可以加上复杂的冷却道，符合零件的形状，加快冷却，减少了生产循环时间。

      如今比以前能更有效地把导热材料加到模具上。如果一个铜芯模装入一个钢模具中，由于两种材料加到模具上。由于两种材料的热膨胀系数相差很大，在模制过程中，模具的热循环，使两种材料之间急剧传热，会产生很大的应力。在此加工工艺，从一种材料逐渐过渡到另一种材料，减少了零件在材料界面损坏的可能性。

     这过程也能用来涂敷涂层和进行表面修整，免去传统涂层和电镀技术所固有的多孔性，而且涂层厚度或材料成分没有限制。关于这过程的研究，始于二十世纪八十年代。在八十年代末期，通用电气专利的一种型式，巳经被美国南卡罗来纳州Clover的Huffman Corporation公司 (www.hufffmancorp.com) 使用，用来创造用于制造和修理燃气轮机零件的系统。这些Huffman 系统被通用电气、Pratt &Whitney、Rolls-Royce North America、Honey-well International和许多其它零件制造厂和修理厂使用。Huffman也开发了许多系统，用于多种领域例如医疗植体和刀片。

     自从二十世纪九十年代，在政府基金的支持下，许多学术研究所和研究实验室都巳对这过程作进一步的开发。通过技术转让，至少有两个公司巳经能基于这些研究，开发出商品化的系统。

     美国新墨西哥州阿尔伯克基(Albuquerque) 的Optomec(www.optomec.com)， 在Sandia国家实验室完成的研究的基础上，创造了激光直接烧结成形 (LENS)系统。首个商业版在1998年发布。最近两年，美国军方在阿拉斯加州安尼斯顿(Anniston, Ala.) 的安尼斯顿军需库巳经使用了一个Optomec系统，用于修理Abrams M1坦克的汽轮机零件。 Optomec主要重点是航天航空工业，但也供应其它应用系统。

     第二家公司??美国密歇根州Auburn Hills的POM Group, Inc.(www.pomgroup.com) 巳经商品化一种版本的技术，是密歇根大学开发的所谓直接金属淀积。POM的主要重点是工艺装备行业，他们的过程开发小组为用户提供先进的工艺装备、工艺装备重建和工艺装备重新组合，而他们的机器设计和制造组为满足特殊用户应用和行业需要，设计、制造和安装直接金属淀积系统。

     POM巳经完成的工作的一个例子是涉及一个模具，这模具用于制造美国通用汽车公司要求的，在近期型号的汽车保险杠上增加卤素灯。POM能用它的直接金属淀积法，在老的保险杠模具上淀积新的材料，然后，把它加工到新形状，节省了通用公司制造一套新模具的成本。

     另一家公司??密歇根州普利茅斯的Fraunhofer USA(www.ccl.fraunhofer.org) 也与密歇根州立大学合作，在用户工厂进行新产品、工艺和应用开发，包括设计和生产与试验系统的集成。Fraunhofer主要是工艺过程研究和开发实验室，但也进行生产。迄今，他们巳经发布了用于表面硬化的系统，但不是用于模具修理。

      虽然这些公司的系统基于一个原理，但每一公司都巳开发自己的专用元件和技术。系统的核心都是一个激光器。

    “现使用的有4种不同的激光器，”Optomec的激光直接烧结成形系统(LENS)产品经理Richard Grylls说。“CO2和nd:YAG(掺钕镱铝石榴石)是较老的技术，直接二极管和光纤维激光器较新。直接二极管激光器需要进一步设计，把它们集成到激光直接烧结成形(LENS)系统，而光纤维激光器不需维修，容易使用，不像CO2激光器那样需要消耗品，效率至少是老激光器的2倍。“我们使用马萨诸塞州Oxford的IPG(www.ipgphotonics.com) 的光纤维激光器。我们的效率提高了25%以上，这对于激光器来说是很高的。它们与材料有很好的6耦合性，激光质量特别高。这就使我们很容易将我们的光学和其它元件与他们的激光器进行整合。”

     Huffman巳经使用CO2和nd:YAG两种激光器，在它的最新系统中将使用IPG光纤维激光器。Fraunhofer在它的最新系统中也使用IPG激光器，而POM使用德国激光器制造厂TRUMPF Group (www.trumpf.com) 的CO2激光器。

     用于焊接的激光器功率范围在100瓦到400瓦之间，而最近用于粉末熔接的激光器功率范围为1千瓦到5千瓦，功率大10-12倍，通常是一个系统中最贵的一个元件。

     激光粉末熔接系统中的另一个重要元件是控制激光器工具路径的软件。工具路径通常通过切片分层CAD设计来决定，然后控制激光器，一层一层堆上材料。但是，许多应用需要更复杂的软件。

     “我们修理的涡轮叶片无论何处都不再接近它们原CAD文件的形状，”Hulfman公司总裁Roger Hayes说。“因此我们对每个叶片都要作反求工程。我们的视频系统扫描叶片，与CAD原形作比较，然后，基于特定叶片的净差，开发激光器的独特路径。软件大约需要1秒来计算工具路径，然后我们能开始焊接。我们开发视频和反求工程系统花了很长时间，但这是需要的，因为我们总是涉及很复杂的形状。”

     有兴趣使用这新兴技术的公司有3个选择：雇用这4 个公司之一，以外包服务的形式做这工作；从这些公司之一买一个系统，在自家工厂内部完成这项工作；或者开发属于他们自己的专利系统。

      准确了解怎样操作这个过程，比只有一台机器更重要，"Hayes说。“我们能把一台机器给某个单位让他们用10年，但可能仍不能正确使用。”

     “当一个系统适当调好时，它能高质量工作，每天工作24小时，每周工作7天，但调整要花些时间。Anniston军方的军需库，在1月提取了它的第2台Optomec系统，即使它巳经有两年多用第一台机器的繁重生产经验，但它仍然在4个月之后，才把第2台机器调整好。这不是不寻常的经历，将一个特定的生产过程调整完美是非常复杂的。

     当一个用户购买一个系统时，他们不仅买了一台机器和软件。每个公司都要与它的客户合作，来共同开发生产客户零件所需的工艺过程。这公司经常要在该客户的现场安装这系统，与客户合作完善这过程，从而当客户签收这系统时，他们必须作的一切，只是按按钮和开始生产合格的成品。

     这些专门的激光粉末熔接系统现时售价$400,000到$1,400,000，但最近IPG Photonics的产品信息可能有助于带来这些系统的降价。

      IPG巳经推出它的光纤维激光器的分束器。这装置能使若干激光驱动的系统同时使用一个激光器。现今有可能通过从激光器到各种机器的光纤维电缆，同时只用一个光纤维激光器来运行激光刀、激光熔接机和几个激光粉末熔接系统。这就能把该激光器的高成本分摊在几台机器上，每台机器不需要专用的激光器。

     该项技术远没成熟，但它正在发展成为一种独持的工具，使模具制造厂、模具修理厂和其它厂家有成本效益地解决加工问题，这些问题的解决至今仍然需要很高成本或者无法解决。