激光技術(shù)在制造業(yè)中發(fā)揮著核心作用，尤其是在增材制造領(lǐng)域。在此背景下，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所 Fraunhofer ILT 和總部位于日本的全球知名機(jī)床制造商牧野進(jìn)行了一項(xiàng)令人興奮的技術(shù)進(jìn)步：將超高速激光熔覆EHLA嫁接到五軸 CNC 平臺(tái)上。
然而，要做到這一點(diǎn)，必須開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)學(xué)，使 EHLA 工藝的加工頭能夠快速動(dòng)態(tài)地移動(dòng)。
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，F(xiàn)raunhofer ILT為該項(xiàng)目貢獻(xiàn)了其在激光制造工藝領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并帶來(lái)了其全面的基礎(chǔ)設(shè)施和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。通過(guò)調(diào)整激光參數(shù)、微調(diào)粉末進(jìn)料和優(yōu)化CNC機(jī)器的運(yùn)動(dòng)控制，他們?yōu)閮?yōu)化加工各種材料的工藝參數(shù)做出了決定性的貢獻(xiàn)。
▲ EHLA與五軸CNC的嫁接
嫁接
弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所 ILT 的 Min-Uh Ko和牧野的 Johannes Finger 博士領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究合作，將超高速激光材料沉積 EHLA 增材制造工藝嫁接到五軸 CNC 平臺(tái)。合作的成果縮短了關(guān)鍵行業(yè)的生產(chǎn)時(shí)間并延長(zhǎng)了零件壽命，同時(shí)為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的未來(lái)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。
▲ 超高速熔覆混合加工
? 亞琛Fraunhofer ILT
采用 EHLA3D 技術(shù)的新生產(chǎn)工藝可以高效地生產(chǎn)、涂覆或修復(fù)具有高強(qiáng)度材料的復(fù)雜幾何形狀。根據(jù)3D科學(xué)谷《結(jié)合激光熔覆的生產(chǎn)效率以及 L-PBF 的結(jié)構(gòu)精度目標(biāo)， Fraunhofer開(kāi)啟EHLA 3D新時(shí)代！》一文，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??？
來(lái)自亞琛的研究人員可以肯定地回答這個(gè)問(wèn)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(guò)將 EHLA 工藝擴(kuò)展到三維，該研究所通過(guò)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。牧野和弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所Fraunhofer ILT 正在通過(guò)EHLA 和 EHLA3D 重新定義增材制造的界限。
通過(guò)將 EHLA3D 集成到五軸 CNC 平臺(tái)中，他們開(kāi)發(fā)了一種可以高效生產(chǎn)、涂層或修復(fù)高強(qiáng)度材料復(fù)雜幾何形狀的工藝。這樣就可以靈活地加工各種幾何形狀，并且可以用各種各樣的材料涂覆部件。
最初，項(xiàng)目合作伙伴只考慮了增材制造，但如何加工維修在制造類(lèi)型的零件主題很快就出現(xiàn)了，當(dāng)前許多昂貴的部件都必須更換，即使是輕微的缺陷。
像牧野的帶有旋轉(zhuǎn)和傾斜工作臺(tái)的靈活系統(tǒng)實(shí)際上提供了良好的維修選項(xiàng)，這節(jié)省了新生產(chǎn)的成本，避免了運(yùn)輸和交貨時(shí)間，并最大限度地減少了停機(jī)時(shí)間。
此外，維修主題是未來(lái)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本先決條件。牧野在項(xiàng)目中的任務(wù)不僅限于 CNC 硬件，還包括過(guò)程控制，因?yàn)檫@必須完全重新設(shè)計(jì)。挑戰(zhàn)在于從技術(shù)上使機(jī)器適應(yīng)高加速度，并優(yōu)化過(guò)程控制和機(jī)器運(yùn)動(dòng)學(xué)，以精確控制激光束與材料之間的相互作用。
Makino 新加坡子公司開(kāi)發(fā)的機(jī)床實(shí)現(xiàn)了高達(dá)每分鐘 30 米的有效進(jìn)給速度，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，這是一個(gè)顯著的提升。這種速度在加工大型復(fù)雜部件時(shí)尤其有利，因?yàn)樗梢燥@著縮短生產(chǎn)時(shí)間。技術(shù)改進(jìn)使最終產(chǎn)品始終保持高質(zhì)量，并提高了生產(chǎn)過(guò)程的效率，這對(duì)于航空航天和工具制造行業(yè)的高質(zhì)量部件尤為重要。
效率和精度
Fraunhofer ILT 為該項(xiàng)目貢獻(xiàn)了其在激光制造工藝領(lǐng)域的豐富專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并帶來(lái)了其全面的基礎(chǔ)設(shè)施和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。憑借其在 LMD 激光熔覆沉積工藝和組件開(kāi)發(fā)方面數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，為優(yōu)化加工各種材料的工藝參數(shù)做出了決定性的貢獻(xiàn)，包括調(diào)整激光參數(shù)、微調(diào)粉末進(jìn)料和優(yōu)化 CNC 機(jī)器的運(yùn)動(dòng)控制。
3D科學(xué)谷了解到優(yōu)化熱量輸入是 EHLA3D 工藝的一個(gè)關(guān)鍵方面，進(jìn)料速率和粉末氣體噴射在控制引入材料的熱量方面起著至關(guān)重要的作用。
通過(guò)調(diào)整進(jìn)料速率和粉末質(zhì)量流量，可以精確控制熱量輸入，減少熱影響區(qū)并確保均勻的涂層質(zhì)量?，F(xiàn)在，通過(guò)使用高進(jìn)料速率和優(yōu)化的粉末進(jìn)料，牧野可以在相同甚至更高的精度下顯著提高材料應(yīng)用的效率。因此，HS-LMD 的堆積率可以顯著提高，從而提高生產(chǎn)過(guò)程的整體效率。
高性能部件的維修和涂層
在正常運(yùn)行期間承受高負(fù)荷的高質(zhì)量工具和機(jī)器零件的維修和保養(yǎng)是項(xiàng)目目標(biāo)之一。合作伙伴能夠通過(guò)改進(jìn)的 EHLA3D 技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
此外，EHLA3D 技術(shù)還成功用于涂覆易磨損部件，從而顯著提高了這些部件的使用壽命。由于現(xiàn)在可以精確高效地涂覆耐磨涂層，EHLA3D 已成為延長(zhǎng)采礦和重工業(yè)等各個(gè)行業(yè)部件使用壽命的經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。
? Makino
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Makino 能夠在新型 AML 500 加工機(jī)中如此迅速地實(shí)現(xiàn)結(jié)果，這一事實(shí)一方面表明了機(jī)器制造商的 CNC 系統(tǒng)非常靈活。
另一方面，實(shí)際應(yīng)用也表明 EHLA3D 技術(shù)不僅僅是一個(gè)理論概念，而是一種先進(jìn)、強(qiáng)大且適用于工業(yè)的技術(shù)，在成本、效率和性能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。因此，工業(yè)客戶與 Fraunhofer ILT 之間的合作帶來(lái)了制造技術(shù)的切實(shí)改進(jìn)。
未來(lái)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵方面將是確定和驗(yàn)證 EHLA3D 工藝的新應(yīng)用領(lǐng)域。由于可加工的材料系統(tǒng)變得如此靈活，尤其是用于多材料系統(tǒng)的應(yīng)用和精細(xì)結(jié)構(gòu)的3D打印。
