金属3D打印进料速度达每分钟500米！ILT和Ponticon合作超高速激光沉积技术

2021年10月28日，南极熊获悉，弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）和总部位于德国的工程公司Ponticon正在联手进行一组新的研究项目，试图推出ILT专利的超高速激光材料沉积（EHLA）3D打印技术的最新版本。

EHLA技术最初开发于2017年，是ILT对大批量定向能量沉积（或称DED）的尝试。它最初是作为一个模块化的工具头提供的，可以集成到门架和机械臂上，同时进行材料沉积和熔化动作。

自EHLA 2017年发布以来，这两家合作伙伴一直致力于开发更适合增材制造应用的下一代技术版本，并在2019年完成了第一个原型——简称为 "EHLA 3D"。这个版本的升级提供了更高的构建速率、更大的灵活性和材料多样性以及更高的精度。

弗劳恩霍夫ILT的研究助理JonathanSchaible说："为了使EHLA 3D的优势能够为工业环境中的一大批用户所用，弗劳恩霍夫ILT目前正在进行有针对性的研究工作。我们仍有大量的实验和经验性的初步工作要做，然而，来自工业界的第一批感兴趣的人已经展示出了他们对此极大的兴趣。因此，我们知道我们走在正确的方向上。"

△用三种不同的粉末材料3D打印Fraunhofer ILT的字样，作为新型高产的EHLA 3D工艺的示范部件。照片来自Fraunhofer ILT。

超高速激光材料沉积

用于航空航天、能源和汽车等行业应用的金属部件往往暴露在极端条件下。因此，工程师们采用特殊的涂层来保护这些部件免受腐蚀和磨损。然而，ILT认为传统的覆层工艺（如硬铬电镀）由于缺乏灵活性、资源效率和成本，它们日益严格的性能标准已经显得捉襟见肘了。

Fraunhofer ILT将其EHLA技术描述为比传统堆焊工艺更高效、更环保的替代品。该工艺的进料速度可达每分钟500米，比其他激光材料沉积技术快250倍。它还可以应用到更薄的层结构上去，只有25微米，同时实现更平滑的零件表面。

Schaible补充说："原则上，EHLA适用于一切旋转对称的、可以在快速旋转运动系统上加工的东西。唯一的问题是，既然可以想象到更广泛的可能应用，为什么我们要把自己限制在简单的圆形零件上？"

把EHLA带到三维空间内

下一代EHLA 3D工艺更倾向于硬核3D打印，但仍有其作为覆层技术的用途。这款打印系统不是为与机械臂集成而设计的，而是基于一个三脚架的运动学，即三个线性马达与一个构建平台相连，在该平台上加工3D打印部件。这种结构使平台能够进行快速、精确的运动，而不产生任何重大振动。

目前，EHLA 3D可以加工重达25公斤的零件，速度约为每分钟200米，精度非常高，达到100微米。FraunhoferILT打算在过程监控设计、自动路径规划工具和构建参数细化方面投入更多的研究。

作为国际透平机械制造中心（ICTM）项目的一部分，来自航空航天和透平机械部门的几家公司目前也在对EHLA 3D进行改进。一个相关的后续项目预计将于2022年开始，进一步的双边和公共资助的资金项目也在进行中。

Schaible说："在不久的将来，这项技术应该使我们能够大规模地、轻松地、低成本地生产复杂的丝状结构，个性化的组件制作也许不单单只是想象。“

△运行中的三脚架：固定的粉末进给喷嘴和移动的建造平台，用于执行快速和精确的进给运动。照片来自Fraunhofer ILT。

EHLA并不是弗劳恩霍夫的一个研究所开发的唯一的增材制造工艺。弗劳恩霍夫生产技术研究所（IPT）的研究人员还开发了另外一种新型3D打印工艺，专门用于生产驱动轴等旋转动力传输器。该方法被命名为Express Wire Coil Cladding (EW2C)，旨在作为一种更有效的材料替代常用的减材车削工艺。

在其他地方，在弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所（IKTS），研究人员开发了一个多材料喷射（MMJ）系统，旨在将多种材料结合到一个单一的3D打印部件中。这款机器主要基于粘合剂喷射技术，并与金属和陶瓷兼容。

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