复杂的金属部件能否以高效且可重复的方式连续 3D 打印？ 来自亚琛的研究人员可以肯定地回答这个问题：在Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光技术研究所，研究人员已经将二维超高速激光材料沉积 EHLA 技术转移到改进的五轴 CNC 系统，用于复杂零部件的增材制造。 通过将 EHLA 工艺扩展到三维，该研究所通过EHLA 3D技术可以快且精确地3D打印工具钢、钛、铝和镍基合金等难焊材料。
创纪录的金属3D打印：为 EHLA 工艺改装的 CNC设备可以在横向方向上以快速、高度动态和精确的方式移动加工。 带有旋转和倾斜工作台，不仅适用于增材制造，还适用于自由曲面涂层。
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亚琛-金属3D打印的摇篮
几十年来，两种激光工艺一直主导着金属部件的打印和涂层。直接工业金属 3D 打印的主导技术是 Fraunhofer ILT 获得专利的基于激光的粉末床熔融 (L-PBF) 工艺。L-PBF工艺通过选区激光熔化材料，将粉末转化为以冶金方式凝固在基础材料上的固体层。通过这种方式，3D打印的零件从粉末床上逐层“生长”出来。
激光材料沉积 (LMD) 也被证明是一种特殊的高效3D打印技术，在 LMD 加工过程中，零部件表面形成局部熔池，通过将金属线材或金属粉末连续引入熔池中，从而在该层和组件基板之间形成冶金结合。
LMD 和 L-PBF 已成为金属增材制造不可或缺的一部分，因为它们具有特定工艺的优势：LMD 因其高生产率而具有吸引力，而 L-PBF 可用于极其精细和复杂组件的 3D 打印。
2012 年，Fraunhofer ILT 弗劳恩霍夫激光技术研究所和 RWTH Aachen 亚琛工业大学DAP 数字增材生产学院凭借超高速激光材料沉积 EHLA 的开发开辟了全新的天地。在获得专利的过程中， 得益于这项创新，工艺速度提高到高达 200 m/min，涂层厚度可以从 500 µm 减少到高达 10 µm。现在每小时最多可以喷涂五平方米。此外，涂层变得更光滑，粗糙度降低到 LMD 激光熔覆金属3D打印典型值的十分之一。在快速可靠地对制动盘、活塞、汽缸和轴承进行涂层方面取得了进一步的成功。
原则上，EHLA 适用于所有旋转对称且可在快速旋转运动系统上加工的物体，但如果可以实现极高的速度同时又保证高精度，则可以适用于更广泛的应用领域。
通过继续改进经过特殊改装的五轴 CNC 系统的工艺工程，在EHLA基础上开发的EHLA 3D系统将最高精度与高进给率结合在一起，用于增材制造全新零件、自由曲面涂层和组件修复，结合了 LMD 激光熔覆金属3D打印的生产效率以及 L-PBF 的结构精度目标。
高动态：EHLA 3D技术的生产效率变化
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接近最终轮廓
由于这些特性，难以焊接的材料和多材料组合也可以通过EHLA 3D进行增材制造。该工艺在真正的 3D 打印中显示了其优势。3D科学谷了解到使用 EHLA 3D，可以高效地制造非常接近最终轮廓的零部件。除了所谓的近净成型的优势外，该工艺还可以快速、精确地构建，以及在自由曲面上应用涂层。
快速而精确：EHLA 3D 增材制造的零件为例，实验证明与 LMD 和 L-PBF 相比，可以显着缩短3D打印时间。
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不仅仅实现自由曲面加工，EHLA 3D 同时实现了几个独特的、与工艺相关的优势：高构建率、极大的灵活性和材料多样性，以及高精度。该技术使业界能够轻松且经济高效地大规模生产复杂的结构，个性化的组件也是可以想象的。
在创纪录的时间内完成复杂形状，目前EHLA 3D技术在 50 m/s² 的加速度和 50 m/min 的进给速度下，距离为 100 mm，效率 M-PDE（与机器相关的粉末沉积效率）约为 80%。在 10 m/s² 的加速度下，M-PDE 约为40%。
可使用旧粉末
该工艺还具有高效率的特点：例如通过EHLA 3D以超过 2 kg/h 的沉积速率和超过 99.5% 的密度实现3D打印航空航天材料 Inconel 718部件。亚琛研究人员还研究了当他们使用回收金属粉末而不是新金属粉末时，特征值如何变化。在这两种情况下，抗拉强度 Rm 都在 1300 MPa 左右。也就是说在这两种情况下，抗拉强度都与铸造一样好。
其他研究包括通EHLA 3D 工艺开发316L 不锈钢和铝硅合金组件，获得的机械性能也与文献中报道的常规生产样品一致。使用 EHLA 3D 生产的薄壁铝部件目前达到的结构分辨率约为 500 µm。
Fraunhofer ILT及RWTH DAP属于ACAM亚琛增材制造中心研发成员，ACAM 涵盖从设计阶段到质量控制的整个流程链，重点关注流程链自动化、定制材料开发、提高生产力和缩短周转时间等面向量产目标的增材制造研发主题。作为欧洲制造研发高点的亚琛，已经将可持续性发展作为研发目的之一，通过科技让人类世界更美好。
（采编：www.znzbw.cn）
