德國(guó)Fraunhofer協(xié)會(huì)3D打印技術(shù)研究取得最新重要進(jìn)展

3D打印技術(shù)參考2月28日消息，德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)在3D打印技術(shù)研究方面取得最新研究進(jìn)展，其與澳大利亞合作伙伴共同開(kāi)展的國(guó)際研究項(xiàng)目表明，在激光金屬沉積過(guò)程中，可以對(duì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部且有針對(duì)性的調(diào)整。

這項(xiàng)名為UltraGRAIN的項(xiàng)目由弗勞恩霍夫材料與光束技術(shù)研究所 (IWS)、弗勞恩霍夫增材制造技術(shù)研究所 (IAPT) 和墨爾本皇家理工大學(xué) (RMIT University) 參與，聚焦增材制造領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：如何制造出內(nèi)部結(jié)構(gòu)與預(yù)期功能相匹配的零部件。

高速成像捕捉到了激光定向能量沉積（DED-LB）過(guò)程，以及脈沖激光誘導(dǎo)等離子體

該項(xiàng)目展示了一條切實(shí)可行的方法，不再讓微觀結(jié)構(gòu)完全由工藝本身決定，而是在強(qiáng)度、使用壽命或承載能力至關(guān)重要的區(qū)域精確定義微觀結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目于2026年2月25日舉行的最終合作伙伴會(huì)議后結(jié)束。

過(guò)程控制的重大變革

對(duì)于工業(yè)用戶而言，這為增材制造金屬零部件的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的自由度。UltraGRAIN最初利用超聲波來(lái)影響晶粒形成，隨后轉(zhuǎn)向脈沖激光激發(fā)。該方法無(wú)需接觸，適用于任何幾何形狀，并且適合工業(yè)環(huán)境。脈沖激光誘導(dǎo)的熔池直接激發(fā)技術(shù)可以集成到現(xiàn)有的激光定向能量沉積 (DED-LB) 系統(tǒng)中。

電子背散射衍射（EBSD）取向圖顯示了脈沖激光誘導(dǎo)熔池激發(fā)前后（左圖和右圖）的差異

它比傳統(tǒng)的超聲波方法具有更好的可擴(kuò)展性，即使對(duì)于復(fù)雜的幾何形狀也能保持穩(wěn)定。在演示組件中，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了高達(dá)75%的尺寸縮小。這項(xiàng)技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了在制造過(guò)程中直接創(chuàng)建微觀結(jié)構(gòu)和功能優(yōu)化區(qū)域。“我們特意選擇了一種在工業(yè)領(lǐng)域行之有效的解決方案，”該項(xiàng)目的主要聯(lián)系人、弗勞恩霍夫IWS研究所的研究助理Jacob-Florian M?tje解釋道，“基于激光的激勵(lì)技術(shù)使我們能夠?qū)⑽⒔Y(jié)構(gòu)精確地設(shè)置在對(duì)組件性能真正有影響的位置。”

多學(xué)科交叉的技術(shù)閉環(huán)

UltraGRAIN的一個(gè)關(guān)鍵特征在于激光加工、仿真、設(shè)計(jì)方法和材料開(kāi)發(fā)的緊密集成。弗勞恩霍夫激光系統(tǒng)研究所 (Fraunhofer IWS) 將脈沖激光誘導(dǎo)熔池激發(fā)技術(shù)集成到實(shí)際的定向能量沉積激光束 (DED-LB) 系統(tǒng)中，并在與工業(yè)相關(guān)的條件下驗(yàn)證了該技術(shù)。

弗勞恩霍夫應(yīng)用物理與技術(shù)研究所 (Fraunhofer IAPT) 開(kāi)發(fā)了針對(duì)局部微觀結(jié)構(gòu)變化部件的分割、路徑規(guī)劃和參數(shù)分配方法。皇家墨爾本理工大學(xué) (RMIT) 則以集成計(jì)算材料工程的理念，為該項(xiàng)目提供了多尺度建模、基于仿真的工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化概念。皇家墨爾本理工大學(xué)增材制造中心主任兼教授Andrey Molotnikov博士強(qiáng)調(diào)：“項(xiàng)目合作伙伴之間的積極合作是該項(xiàng)目的一大亮點(diǎn)。” UltraGRAIN將數(shù)字模型和實(shí)際制造相結(jié)合，形成一種連續(xù)的方法。基于仿真的工藝設(shè)計(jì)與增材制造的緊密結(jié)合，加速了技術(shù)向工業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，并加強(qiáng)了先進(jìn)制造領(lǐng)域的國(guó)際合作。

對(duì)工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際意義

在那些對(duì)機(jī)械性能和部件使用壽命要求極高的行業(yè)，UltraGRAIN項(xiàng)目的研究成果具有重要意義。這些行業(yè)包括機(jī)械工程、航空航天、能源技術(shù)、渦輪機(jī)械、汽車(chē)制造以及模具制造。微觀結(jié)構(gòu)與部件的載荷和功能精準(zhǔn)匹配，能夠顯著提升部件的性能，從而使企業(yè)受益匪淺。這種方法不僅能夠減少材料用量、延長(zhǎng)使用壽命，還能改善部件的整體性能。UltraGRAIN項(xiàng)目已證明，其構(gòu)建工藝能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這種微觀結(jié)構(gòu)的精確調(diào)整。

弗勞恩霍夫IWS研究所所長(zhǎng)克里斯托夫·萊恩斯教授解釋道：“UltraGRAIN項(xiàng)目展現(xiàn)了弗勞恩霍夫IWS研究所如何從概念到工業(yè)應(yīng)用，持續(xù)開(kāi)發(fā)新型制造技術(shù)。其成果提供了重要的科學(xué)見(jiàn)解，并為未來(lái)的工業(yè)轉(zhuǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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