復雜的金屬部件能否以高效且可重復的方式連續(xù) 3D 打??？ 來自亞琛的研究人員可以肯定地回答這個問題：在Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所，研究人員已經(jīng)將二維超高速激光材料沉積 EHLA 技術(shù)轉(zhuǎn)移到改進的五軸 CNC 系統(tǒng)，用于復雜零部件的增材制造。 通過將 EHLA 工藝擴展到三維，該研究所通過EHLA 3D技術(shù)可以快且精確地3D打印工具鋼、鈦、鋁和鎳基合金等難焊材料。

EHLA_Fraunhofer創(chuàng)紀錄的金屬3D打印：為 EHLA 工藝改裝的 CNC設(shè)備可以在橫向方向上以快速、高度動態(tài)和精確的方式移動加工。 帶有旋轉(zhuǎn)和傾斜工作臺，不僅適用于增材制造，還適用于自由曲面涂層。

? 德國亞琛Fraunhofer ILT

block 亞琛-金屬3D打印的搖籃

     幾十年來，兩種激光工藝一直主導著金屬部件的打印和涂層。直接工業(yè)金屬 3D 打印的主導技術(shù)是 Fraunhofer ILT 獲得專利的基于激光的粉末床熔融 (L-PBF) 工藝。L-PBF工藝通過選區(qū)激光熔化材料，將粉末轉(zhuǎn)化為以冶金方式凝固在基礎(chǔ)材料上的固體層。通過這種方式，3D打印的零件從粉末床上逐層“生長”出來。

激光材料沉積 (LMD) 也被證明是一種特殊的高效3D打印技術(shù)，在 LMD 加工過程中，零部件表面形成局部熔池，通過將金屬線材或金屬粉末連續(xù)引入熔池中，從而在該層和組件基板之間形成冶金結(jié)合。

LMD 和 L-PBF 已成為金屬增材制造不可或缺的一部分，因為它們具有特定工藝的優(yōu)勢：LMD 因其高生產(chǎn)率而具有吸引力，而 L-PBF 可用于極其精細和復雜組件的 3D 打印。

2012 年，F(xiàn)raunhofer ILT 弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所和 RWTH Aachen 亞琛工業(yè)大學DAP 數(shù)字增材生產(chǎn)學院憑借超高速激光材料沉積 EHLA 的開發(fā)開辟了全新的天地。在獲得專利的過程中， 得益于這項創(chuàng)新，工藝速度提高到高達 200 m/min，涂層厚度可以從 500 μm 減少到高達 10 μm?，F(xiàn)在每小時最多可以噴涂五平方米。此外，涂層變得更光滑，粗糙度降低到 LMD 激光熔覆金屬3D打印典型值的十分之一。在快速可靠地對制動盤、活塞、汽缸和軸承進行涂層方面取得了進一步的成功。

原則上，EHLA 適用于所有旋轉(zhuǎn)對稱且可在快速旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)上加工的物體，但如果可以實現(xiàn)極高的速度同時又保證高精度，則可以適用于更廣泛的應用領(lǐng)域。

通過繼續(xù)改進經(jīng)過特殊改裝的五軸 CNC 系統(tǒng)的工藝工程，在EHLA基礎(chǔ)上開發(fā)的EHLA 3D系統(tǒng)將最高精度與高進給率結(jié)合在一起，用于增材制造全新零件、自由曲面涂層和組件修復，結(jié)合了 LMD 激光熔覆金屬3D打印的生產(chǎn)效率以及 L-PBF 的結(jié)構(gòu)精度目標。

EHLA_Fraunhofer_2高動態(tài)：EHLA 3D技術(shù)的生產(chǎn)效率變化

? 德國亞琛Fraunhofer ILT

block 接近最終輪廓

由于這些特性，難以焊接的材料和多材料組合也可以通過EHLA 3D進行增材制造。該工藝在真正的 3D 打印中顯示了其優(yōu)勢。3D科學谷了解到使用 EHLA 3D，可以高效地制造非常接近最終輪廓的零部件。除了所謂的近凈成型的優(yōu)勢外，該工藝還可以快速、精確地構(gòu)建，以及在自由曲面上應用涂層。

EHLA_Fraunhofer_3快速而精確：EHLA 3D 增材制造的零件為例，實驗證明與 LMD 和 L-PBF 相比，可以顯著縮短3D打印時間。

? 德國亞琛Fraunhofer ILT

不僅僅實現(xiàn)自由曲面加工，EHLA 3D 同時實現(xiàn)了幾個獨特的、與工藝相關(guān)的優(yōu)勢：高構(gòu)建率、極大的靈活性和材料多樣性，以及高精度。該技術(shù)使業(yè)界能夠輕松且經(jīng)濟高效地大規(guī)模生產(chǎn)復雜的結(jié)構(gòu)，個性化的組件也是可以想象的。

在創(chuàng)紀錄的時間內(nèi)完成復雜形狀，目前EHLA 3D技術(shù)在 50 m/s2 的加速度和 50 m/min 的進給速度下，距離為 100 mm，效率 M-PDE（與機器相關(guān)的粉末沉積效率）約為 80%。在 10 m/s2 的加速度下，M-PDE 約為40%。

block 可使用舊粉末

該工藝還具有高效率的特點：例如通過EHLA 3D以超過 2 kg/h 的沉積速率和超過 99.5% 的密度實現(xiàn)3D打印航空航天材料 Inconel 718部件。亞琛研究人員還研究了當他們使用回收金屬粉末而不是新金屬粉末時，特征值如何變化。在這兩種情況下，抗拉強度 Rm 都在 1300 MPa 左右。也就是說在這兩種情況下，抗拉強度都與鑄造一樣好。

其他研究包括通EHLA 3D 工藝開發(fā)316L 不銹鋼和鋁硅合金組件，獲得的機械性能也與文獻中報道的常規(guī)生產(chǎn)樣品一致。使用 EHLA 3D 生產(chǎn)的薄壁鋁部件目前達到的結(jié)構(gòu)分辨率約為 500 μm。

Fraunhofer ILT及RWTH DAP屬于ACAM亞琛增材制造中心研發(fā)成員，ACAM 涵蓋從設(shè)計階段到質(zhì)量控制的整個流程鏈，重點關(guān)注流程鏈自動化、定制材料開發(fā)、提高生產(chǎn)力和縮短周轉(zhuǎn)時間等面向量產(chǎn)目標的增材制造研發(fā)主題。作為歐洲制造研發(fā)高點的亞琛，已經(jīng)將可持續(xù)性發(fā)展作為研發(fā)目的之一，通過科技讓人類世界更美好。