EHLA 3D，弗劳恩霍夫激光所升级其超高速激光材料沉积技术

根据3D科学谷的了解，弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT 开发的超高速激光材料沉积 EHLA 被认为是高效且环保的方案。EHLA提供了显着的可持续发展优势，特别是加工对于承受极端应力并因此需要防止腐蚀和磨损的金属部件的涂层。
而如今，EHLA这项技术已经升级，Fraunhofer ILT 的科学家与合作伙伴Ponticon公司一起致力于这项现已命名为 EHLA 3D 的专利工艺，以推进其用于生产制造用途。
金属部件经常暴露在极端条件下：例如，用于航空航天以及海上石油钻井平台领域的轴类零件、煤机、纸辊、液压缸或汽车制动盘。因此，这些零件需要特殊涂层用于保护材料免受腐蚀和快速磨损。
随着技术的进步，这些零件的修复市场需求也在不断增长。因此，需求的特点是需要更短的生产时间实现个性化和高性能组件的修复或制造，并且还需要满足巨大的价格压力。
然而，之前没有一种常规工艺符合这些标准，这些工艺要么不够灵活、要么资源效率低或经济性不足以将高质量的薄金属层（冶金结合）应用于部件表面。镀硬铬工艺自 2017 年 9 月以来才获得欧盟的批准，这是因为有毒铬 (VI) 的电化学沉积会对环境造成持久的破坏。
为了弥补这一差距，Fraunhofer ILT 的科学家开发了一种替代涂层工艺：极高速激光材料沉积 EHLA。EHLA从2015年开始应用于工业领域，尤其是用于涂层制造。
/ 完美的基础
与传统方法相比，EHLA 在几个方面得分,包括进给速率和沉积厚度。弗劳恩霍夫 ILT 的科学家们因此在 2017 年获得了著名的约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫奖，这并非没有道理。他们开发的EHLA工艺将传统激光材料沉积中表面处理的进给速率从 0.5 米/分钟提高到 2 米/分钟。一路高达每分钟50到500米。因此，如今可以将组件的涂层速度提高 100 到 250 倍，还可以施加明显更薄的层。虽然至少 500 微米的层是传统激光材料沉积的最新技术，但EHLA可以达到 25 微米。

© 德国亚琛Fraunhofer ILT
另一个优点是热量输入低。在传统的激光材料沉积中，粉末状填充材料在涂层过程中在相对较大的熔池中直接熔化在部件表面上。然而，这会永久性地改变材料特性并消耗大量能量。EHLA 并非如此：在这里，固体粉末颗粒在仍在空气中时被激光熔化。它们以液态到达部件表面，无需在高能量输入下进一步熔化。结果是热影响区减少到五到十微米，与传统工艺相比仅为百分之一。
这意味着现在可以将冶金不相容的热敏材料配对连接在一起并进行加工，例如铝和钛。总体而言，组件表面也变得更加光滑。其粗糙度仅为传统沉积工艺的十分之一。对于 Fraunhofer ILT 的专家来说，这为进一步的开发步骤提供了完美的基础。
/ 新一代增材制造
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。
出于这个目的，根据3D科学谷的了解，Fraunhofer ILT激光研究所的科学家团队自 2017 年以来一直在开发新一代的工艺：将EHLA的创新技术用于更快速的3D打印工作。这项工艺研究的名称是“EHLA 3D”。研究的重点是找出实现极高的速度同时又保证高精度的系统技术必须满足的特殊要求，以便能够将 EHLA 与高速3D 打印相结合。
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。根据3D科学谷的了解，在不久的将来，该技术将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。
该系统的第一个原型机已经成功投入使用，是Fraunhofer于2019年与德国威斯巴登的Ponticon公司合作完成。这个原型机的概念基于三脚架的运动原理，这是一种带有三个线性电机的结构，这些电机通过连接杆连接到构建平台，待加工的组件在该平台上移动。

© 德国亚琛Fraunhofer ILT
根据3D科学谷的了解，它的工作方式与磁悬浮列车类似，特殊的结构在很大程度上补偿了惯性力。这允许平台进行非常快速和精确的运动，而不会引起大的振动。截至今天，该系统可以加工重达 25 公斤的部件——重力加速度高达五倍，速度高达每分钟 200 米，同时达到 100 微米的非常高的精度。
为了使工业环境中的大量用户能够使用 EHLA 3D 的优势，Fraunhofer ILT 目前正在进行有针对性的研究工作，在此过程中，需要找到管理复杂性的方法。例如，过程监控概念和自动路径规划工具是其中的核心，但参数变化目前在实验室中仍然是最重要的。在工艺开发过程中，必须精确协调所有参数：速度、激光功率和粉末数量，具体取决于每种情况下所处理的材料组合。

© 德国亚琛Fraunhofer ILT
EHLA 3D 将零部件生产和加工的可能性范围扩大许多倍，同时该过程变得更加高效和环保。目前，在工业联盟ICTM国际涡轮机械制造中心的一个项目中，来自航空航天和涡轮机械领域的众多知名公司正在尝试EHLA 3D这种加工技术；Fraunhofer ILT的后续研发项目已于 2022 年申请，进一步的双边和政府资助的联合项目也在计划中。