在亞琛Fraunhofer激光技術(shù)研究所ILT的領(lǐng)導(dǎo)下，“futureAM – 下一代增材制造”于2017年11月推出，旨在將金屬部件的增材制造加速至少10倍。除了Fraunhofer ILT，另外五家Fraunhofer研究所（IWS，IWU，IAPT，IGD和IFAM）參與了該項目。

根據(jù)這一目標(biāo)，Fraunhofer的六家研究所于2020年11月結(jié)束了該項目，并共同實現(xiàn)了系統(tǒng)技術(shù)、材料和過程管理以及連續(xù)數(shù)字化方面的技術(shù)飛躍，從而提高了整個過程鏈中金屬增材制造的效率和成本效益。本期，3D科學(xué)谷與谷友共同來領(lǐng)略futureAM項目中Fraunhofer ILT用于大型零件3D打印-增材制造的新型”on the fly” (“邊飛行邊加工”)的LPBF概念。

Fraunhofer ILT用于大型零件3D打印的“邊飛行邊加工”的LPBF概念?Fraunhofer ILT，德國亞琛

邊飛行邊加工

自1990年代中期以來，位于德國亞琛的Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所一直在開發(fā)增材制造工藝“基于粉末床的選區(qū)激光熔化技術(shù)（LPBF）”，從那時起，Fraunhofer ILT一直在不斷推進整個LPBF工藝鏈的發(fā)展。

Fraunhofer ILT研究所的目標(biāo)是對用于工業(yè)生產(chǎn)的工藝進行鑒定，并將其整合到現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，Fraunhofer ILT的專家與來自行業(yè)和研究領(lǐng)域的用戶一起在跨學(xué)科的基礎(chǔ)上合作。

突破技術(shù)極限，打開下一代增材制造大門的Fraunhofer技術(shù)跳躍Technology Leap?Fraunhofer ILT，德國亞琛

由于LPBF可直接根據(jù)CAD數(shù)據(jù)逐層構(gòu)建零件，因此無需使用模具即可從金屬材料生產(chǎn)高度復(fù)雜的組件，成就復(fù)雜零件、免去模具、實現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化生產(chǎn)，LPBF這項工藝所帶來的顛覆潛力是巨大的。

通過On the Fly（邊飛行邊加工）LPBF技術(shù)制造的大型零件?Fraunhofer ILT，德國亞琛

/ 基于激光的跨界研發(fā)實力

LPBF加工過程中所使用的組件（激光器、光學(xué)器件、粉末應(yīng)用單元和軸系統(tǒng)）會影響整個系統(tǒng)的各種屬性，例如過程速度、停機時間、組件質(zhì)量和自動化能力。Fraunhofer ILT基于激光領(lǐng)域的研發(fā)造詣，Fraunhofer ILT擁有各種激光束源（波長，強度分布，多千瓦功率）的開發(fā)基礎(chǔ)，并擁有表征LPBF設(shè)備（激光，光學(xué)和保護氣體）的測量經(jīng)驗，其跨界的學(xué)科知識為實現(xiàn)LPBF工藝的進化提供了獨特的基礎(chǔ)。

為了提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率，基于激光束源和光學(xué)系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域的深厚專業(yè)知識，Fraunhofer ILT開發(fā)的用于大型零件3D打印的“On the Fly”-“邊飛行邊加工”的LPBF概念實現(xiàn)了掃描振鏡和線性軸系統(tǒng)的同步運動。根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，視頻中的樣機只是為了呈現(xiàn)新型LPBF概念機的設(shè)計理念。樣機的特點是可擴展性，設(shè)備商可以在此基礎(chǔ)上根據(jù)自身的要求與Fraunhofer ILT合作進一步開發(fā)不同的構(gòu)建體積，配備不同數(shù)量的激光光束等等。

/ 靈活的研發(fā)服務(wù)

Fraunhofer ILT為設(shè)備商提供的研發(fā)服務(wù)包括：

l 可擴展機器概念

LPBF要成功地工業(yè)化，其基本前提是設(shè)備的可擴展性-在構(gòu)建體積和生產(chǎn)效率方面。3D科學(xué)谷了解到為此，Fraunhofer ILT正在開發(fā)基于移動處理頭并帶有局部保護氣體引導(dǎo)的創(chuàng)新機器概念，這些概念可簡化構(gòu)建體積。同時使用多光束源系統(tǒng)來提高生產(chǎn)率，這將經(jīng)典的振鏡掃描和新穎的運動學(xué)概念實現(xiàn)了精妙的結(jié)合。

Fraunhofer ILT用于大型零件3D打印的“邊飛行邊加工”的LPBF概念?Fraunhofer ILT，德國亞琛

l 激光束源和光學(xué)系統(tǒng)

通過使用合適的激光和光學(xué)系統(tǒng)，可以提高LPBF-基于粉末床的選區(qū)激光熔化技術(shù)的工藝和成本效率。Fraunhofer ILT正在測試具有短波長光的新型激光束源，以促進有效的能量耦合，特別是對于高反射率的材料，例如純銅。

Fraunhofer ILT開發(fā)新型光束用于高反射材料加工?Fraunhofer ILT，德國亞琛

根據(jù)3D科學(xué)谷的進一步了解，具有成本效益的二極管激光器系統(tǒng)已經(jīng)可以在LPBF-基于粉末床的選區(qū)激光熔化技術(shù)和為自適應(yīng)光束整形而開發(fā)的光學(xué)系統(tǒng)中使用，這兩種技術(shù)都可以實現(xiàn)更高的加工效率。

根據(jù)3D科學(xué)谷的深度了解，Fraunhofer ILT還開發(fā)了MultiFlex多光束靈活的迅疾激光技術(shù)，雖然，我們還不能確定這種技術(shù)是否將應(yīng)用于增材制造領(lǐng)域，但是可以肯定的是這種下一代的激光技術(shù)將為激光技工領(lǐng)域打開更廣闊的空間。

l 強大的預(yù)熱系統(tǒng)

適當(dāng)?shù)念A(yù)熱可以防止LPBF-基于粉末床的選區(qū)激光熔化加工過程組件的變形和破裂。Fraunhofer ILT擁有預(yù)熱系統(tǒng)技術(shù)，可達(dá)到1200°C的溫度，使易開裂的復(fù)雜材料能夠無裂紋地加工。除了常規(guī)的構(gòu)建平臺加熱外，根據(jù)3D科學(xué)谷的進一步了解，Fraunhofer ILT還正在開發(fā)新穎的系統(tǒng)，用于在過程級別直接進行預(yù)熱。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)恒定的預(yù)熱條件，而不管零部件的尺寸如何。

Fraunhofer ILT的預(yù)熱系統(tǒng)技術(shù)?Fraunhofer ILT，德國亞琛l

l 過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析

可重復(fù)的加工過程和一致的組件質(zhì)量對于LPBF-基于粉末床的選區(qū)激光熔化技術(shù)進入批量生產(chǎn)至關(guān)重要。為了保證這一點，需要合適的過程監(jiān)控系統(tǒng)。Fraunhofer ILT使用高溫計和基于攝像頭的系統(tǒng)來分析和監(jiān)控LPBF過程。根據(jù)3D科學(xué)谷的進一步了解，Fraunhofer ILT還正在研究用于將與過程相關(guān)的數(shù)據(jù)集成到基于云的系統(tǒng)并配合以合適的算法的人工智能平臺技術(shù)。

?Fraunhofer ILT，德國亞琛

基于多年的經(jīng)驗和能力，Fraunhofer ILT的專家可以從設(shè)備廠商的最初想法到可行性研究和概念開發(fā)，再到將系統(tǒng)實施和集成到真實的生產(chǎn)環(huán)境中，為用戶提供單獨的研發(fā)支持。

而以亞琛Fraunhofer ILT, 亞琛Fraunhofer IPT，亞琛工業(yè)大學(xué)等研發(fā)資源為基礎(chǔ)還成立了亞琛增材制造中心ACAM，通過ACAM聚集亞琛的資源以及應(yīng)用端的需求，從而進一步推動行業(yè)發(fā)展。目前有超過100多名科研人員從事增材制造的科研，ACAM集中亞琛的優(yōu)勢資源推動增材制造認(rèn)證、聯(lián)合研發(fā)、培訓(xùn)教育、產(chǎn)業(yè)孵化等多方面的發(fā)展。從亞琛在增材制造領(lǐng)域的強大競爭力中受益，解鎖增材制造復(fù)雜奧秘，ACAM是增材制造領(lǐng)域的稱職研發(fā)合作伙伴。

關(guān)于Fraunhofer、ACAM引領(lǐng)增材制造產(chǎn)業(yè)化前沿技術(shù)發(fā)展的更多領(lǐng)先進展，3D科學(xué)谷將展開持續(xù)介紹，敬請保持關(guān)注！

總結(jié)

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