復(fù)雜的金屬部件能否以高效且可重復(fù)的方式連續(xù) 3D 打印？ 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(jìn)的五軸 CNC 系統(tǒng)，用于復(fù)雜零部件的增材制造。 通過將 EHLA 工藝擴(kuò)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(jì)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。

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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(dǎo)著金屬部件的打印和涂層。直接工業(yè)金屬 3D 打印的主導(dǎo)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?yàn)樗鼈兙哂刑囟üに嚨膬?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(xì)和復(fù)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(xué)DAP 數(shù)字增材生產(chǎn)學(xué)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(xiàng)創(chuàng)新，工藝速度提高到高達(dá) 200 m/min，涂層厚度可以從 500 μm 減少到高達(dá) 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(jìn)行涂層方面取得了進(jìn)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(yùn)動系統(tǒng)上加工的物體，但如果可以實(shí)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(yīng)用領(lǐng)域。

通過繼續(xù)改進(jìn)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(jìn)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(fù)，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(biāo)。

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

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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(jìn)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(xué)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(yīng)用涂層。

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

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不僅僅實(shí)現(xiàn)自由曲面加工，EHLA 3D 同時實(shí)現(xiàn)了幾個獨(dú)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(jì)高效地大規(guī)模生產(chǎn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，個性化的組件也是可以想象的。

在創(chuàng)紀(jì)錄的時間內(nèi)完成復(fù)雜形狀，目前EHLA 3D技術(shù)在 50 m/s2 的加速度和 50 m/min 的進(jìn)給速度下，距離為 100 mm，效率 M-PDE（與機(jī)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(diǎn)：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(shí)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(dāng)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(qiáng)度 Rm 都在 1300 MPa 左右。也就是說在這兩種情況下，抗拉強(qiáng)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(jī)械性能也與文獻(xiàn)中報(bào)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(dá)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(jì)階段到質(zhì)量控制的整個流程鏈，重點(diǎn)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(biāo)的增材制造研發(fā)主題。作為歐洲制造研發(fā)高點(diǎn)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。