在亞琛Fraunhofer激光技術研究所ILT的領導下，“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。

根據這一目標，Fraunhofer的六家研究所于2020年11月結束了該項目，并共同實現了系統技術、材料和過程管理以及連續數字化方面的技術飛躍，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科學谷與谷友共同來領略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研究所一直在開發增材制造工藝“基于粉末床的選區激光熔化技術（LPBF）”，從那時起，Fraunhofer ILT一直在不斷推進整個LPBF工藝鏈的發展。

Fraunhofer ILT研究所的目標是對用于工業生產的工藝進行鑒定，并將其整合到現有的生產工藝中。為了實現這一目標，Fraunhofer ILT的專家與來自行業和研究領域的用戶一起在跨學科的基礎上合作。

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

由于LPBF可直接根據CAD數據逐層構建零件，因此無需使用模具即可從金屬材料生產高度復雜的組件，成就復雜零件、免去模具、實現真正意義上的數字化生產，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技術制造的大型零件?Fraunhofer ILT，德國亞琛

/ 基于激光的跨界研發實力

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

為了提高系統的生產率，基于激光束源和光學系統開發領域的深厚專業知識，Fraunhofer ILT開發的用于大型零件3D打印的“On the Fly”-“邊飛行邊加工”的LPBF概念實現了掃描振鏡和線性軸系統的同步運動。根據3D科學谷的了解，視頻中的樣機只是為了呈現新型LPBF概念機的設計理念。樣機的特點是可擴展性，設備商可以在此基礎上根據自身的要求與Fraunhofer ILT合作進一步開發不同的構建體積，配備不同數量的激光光束等等。

/ 靈活的研發服務

Fraunhofer ILT為設備商提供的研發服務包括：

l 可擴展機器概念

LPBF要成功地工業化，其基本前提是設備的可擴展性-在構建體積和生產效率方面。3D科學谷了解到為此，Fraunhofer ILT正在開發基于移動處理頭并帶有局部保護氣體引導的創新機器概念，這些概念可簡化構建體積。同時使用多光束源系統來提高生產率，這將經典的振鏡掃描和新穎的運動學概念實現了精妙的結合。

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 激光束源和光學系統

通過使用合適的激光和光學系統，可以提高LPBF-基于粉末床的選區激光熔化技術的工藝和成本效率。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開發新型光束用于高反射材料加工?Fraunhofer ILT，德國亞琛

根據3D科學谷的進一步了解，具有成本效益的二極管激光器系統已經可以在LPBF-基于粉末床的選區激光熔化技術和為自適應光束整形而開發的光學系統中使用，這兩種技術都可以實現更高的加工效率。

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

l 強大的預熱系統

適當的預熱可以防止LPBF-基于粉末床的選區激光熔化加工過程組件的變形和破裂。Fraunhofer ILT擁有預熱系統技術，可達到1200°C的溫度，使易開裂的復雜材料能夠無裂紋地加工。除了常規的構建平臺加熱外，根據3D科學谷的進一步了解，Fraunhofer ILT還正在開發新穎的系統，用于在過程級別直接進行預熱。這使得能夠實現恒定的預熱條件，而不管零部件的尺寸如何。

Fraunhofer ILT的預熱系統技術?Fraunhofer ILT，德國亞琛l

l 過程監控和數據分析

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

?Fraunhofer ILT，德國亞琛

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

而以亞琛Fraunhofer ILT, 亞琛Fraunhofer IPT，亞琛工業大學等研發資源為基礎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用端的需求，從而進一步推動行業發展。目前有超過100多名科研人員從事增材制造的科研，ACAM集中亞琛的優勢資源推動增材制造認證、聯合研發、培訓教育、產業孵化等多方面的發展。從亞琛在增材制造領域的強大競爭力中受益，解鎖增材制造復雜奧秘，ACAM是增材制造領域的稱職研發合作伙伴。

關于Fraunhofer、ACAM引領增材制造產業化前沿技術發展的更多領先進展，3D科學谷將展開持續介紹，敬請保持關注！

總結

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