Fraunhofer開發出超高速激光材料沉積-EHLA技術

直接能量沉積-DED技術，由激光在沉積區域產生熔池並高速移動，材料以粉末或絲狀直接送入高溫熔區，熔化後逐層沉積，稱之為激光直接能量沉積增材製造技術。

該技術只能成形出毛坯，然後依靠數控加工達到其凈尺寸。其中，送粉式的LENS技術（DED技術的一種）在國內外航空航天零件修復領域有著廣泛的作用。

有沒有一種可能？使得直接能量沉積技術所實現的表面質量更高，甚至達到塗層的效果？針對這一痛點，Fraunhofer激光技術研究所（ILT）的研究人員開發了一種用於塗層和修復金屬部件的增材製造方法-EHLA超高速激光材料沉積技術。

圖片：EHLA工藝

替代硬鍍鉻

替代熱噴塗

Fraunhofer激光技術研究所認為，超高速激光材料沉積技術（EHLA）具有替代當前腐蝕和磨損保護方法如硬鍍鉻和熱噴塗的潛力。

鍍硬鉻是一種傳統的表面電鍍技術，已經應用長達70多年。鍍鉻層硬度高、耐磨、耐蝕並能長期保持表面光亮且工藝相對比較簡單，成本較低。長期以來，鉻鍍層除了作為裝飾塗層外，還廣泛作為機械零部件的耐磨和耐蝕塗層。電鍍硬鉻鍍層技術常常用來修復破損部件。

但電鍍硬鉻工藝會導致嚴重的環境問題，鍍鉻工藝使用的鉻酸溶液，會產生含鉻酸霧和廢水，而且還有其它一些缺點，如：硬度比一些陶瓷和金屬陶瓷材料低，且硬度還會隨溫度升高而降低；鍍鉻層存在微裂紋，不可避免產生穿透性裂紋，導致腐蝕介質從表面滲透至界面而腐蝕基體，造成鍍層表面出現銹斑甚至剝落；電鍍工藝沉積速度慢，，也不利於厚鍍層的應用。

熱噴塗是指將細微而分散的金屬或非金屬的塗層材料，以一種熔化或半熔化狀態，沉積到一種經過製備的基體表面，形成某種噴塗沉積層。塗層材料可以是粉狀、帶狀、絲狀或棒狀。熱噴塗槍由燃料氣、電弧或等離子弧提供必需的熱量，將熱噴塗材料加熱到塑態或熔融態，再經受壓縮空氣的加速，使受約束的顆粒束流衝擊到基體表面上。衝擊到表面的顆粒，因受衝壓而變形，形成疊層薄片，粘附在經過製備的基體表面，隨之冷卻並不斷堆積，最終形成一種層狀的塗層。該塗層因塗層材料的不同可實現耐高溫腐蝕、抗磨損、隔熱、抗電磁波等功能。

根據Fraunhofer激光研究所，EHLA工藝在效率和速度方面均優於現有的抗腐蝕和耐磨損塗層保護方法。Fraunhofer可以在短時間內使用EHLA技術在大面積的零部件上沉積十分之一毫米的薄層，並且節約資源，加工過程具有經濟性。

圖片：EHLA工藝的發明者，Thomas Schopphoven, Gerhard Maria Backes以及Andres Gasser

EHLA通過激光熔化金屬粉末，金屬粉末以液態金屬的形態「滴入」焊池而不是以半熔化的燒結顆粒形態粘結在一起。這是有益的，因為這意味著層更均勻，並且需要更少的材料。

憑藉EHLA工藝，Fraunhofer表示，該工藝對當前抗腐蝕和磨損保護的加工工藝具有改進作用。由於硬鉻電鍍消耗大量能量並且具有粘合和孔隙率的缺點，而熱噴塗在所用材料方面可能相當浪費。相比之下，EHLA方法加工出來的塗層是無孔的，從而改善粘合情況並降低裂紋和孔隙的發生的可能性。 除此之外，根據Fraunhofer，EHLA技術比熱噴塗節約90％的材料。

圖片：EHLA工藝

有趣的是，Fraunhofer建議新的EHLA工藝可用於修復現有的金屬部件。之前，根據3D科學谷的市場研究，由阿克倫大學研究通過增材製造技術來修復金屬部件。在與飛機維修公司合作之後，該大學的NCERCAMP開發了一種超音速粒子沉積（SPD）技術，通過一種高壓噴射方法，壓縮空氣賦予超音速射流中的金屬顆粒足夠的能量衝擊固體表面，以實現與固體表面的粘結，而不會出現在焊接或高溫熱噴塗過程中產生的熱影響區。如果獲得FAA認證，阿克倫大學的SPD技術可以應用於修理金屬飛機部件 。Fraunhofer的EHLA工藝也可以同樣具備這樣的應用，而哪一種工藝更適合？3D科學谷將保持持續關注。

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