复杂的金属部件能否高效且可重复地串联3D打印？来自亚琛的研究人员可以肯定地回答这个问题：在弗劳恩霍夫激光技术研究所ILT，他们已经将二维极高速激光材料沉积EHLA转移到改进的五轴CNC系统中，用于复杂部件的增材制造。

　　通过将EHLA工艺扩展到第三维度，该研究所可以3D打印难以焊接的材料，如工具钢，钛，铝和镍基合金。

　　几十年来，两种激光工艺一直主导着金属部件的印刷和涂层。直接工业金属3D打印的主要技术是Fraunhofer ILT在26年前获得专利的基于激光的粉末床熔融（LPBF）工艺。在这里，激光辐射熔化了基材的一小部分，并将粉末转化为固体层，以冶金方式粘附在基材上。通过这种方式，3D组件从粉末床中逐层生长。

　　激光材料沉积（LMD）也被证明是一种特殊的高效表面技术。在LMD中，在组件表面上形成熔池，不断将填充材料，线材或粉末引入其中。该熔池熔化基材和填充材料，从而在层和组件基材之间形成冶金结合。

　　回收昂贵的组件

　　一方面，经济潜力在于可以用功能层升级基本组件或进行局部的附加组件修改。LMD的第二个重要应用领域是维修，即回收昂贵的部件，例如从航空航天工业或工具制造中回收。磨损或有缺陷的部件在使用LMD局部覆层后可以再次完全发挥作用，因此不再需要报废。

　　LMD和LPBF已成为金属增材制造不可或缺的一部分，因为它们具有特定工艺的优势：LMD因其高生产率而具有吸引力，而LPBF可用于极其精细和复杂部件的3D打印。Fraunhofer ILT和亚琛工业大学数字增材生产DAP主席于2012年通过开发极高速激光材料沉积EHLA开辟了全新的天地。

　　在专利工艺中，激光熔化熔池上方的粉末颗粒。由于这项创新，工艺速度可以从之前的0.5到2.0（LMD）提高到200米/分钟，涂层厚度从500微米减少到10微米。现在每小时可涂布多达 <> 平方米。此外，涂层变得更加光滑，粗糙度降低到LMD典型值的十分之一。

　　例如，来自荷兰莱克斯蒙德的Hornet Laser Cladding B.V.已将激光束源，EHLA加工头和送粉系统集成到其车床中，以便在工业过程中使用EHLA。总部位于德国迪琴根的 TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH 也将该工艺纳入其产品组合，并为 EHLA 工艺提供激光设备和系统技术。

　　首批用户包括荷兰、中国、德国和土耳其的公司。2015年，海上领域取得了突破：从那时起，数百米长的液压缸涂有耐磨和耐腐蚀合金，在全球范围内用于海洋环境。

　　快速精确：以使用 EHLA 3D 增材制造的模制部件为例，该研究所证明，与 LMD 和 LPBF 相比，它可以显著缩短打印时间。图片来源：Fraunhofer ILT，德国亚琛。

　　2019 年，在快速可靠地涂覆制动盘、活塞、气缸和轴承方面取得进一步成功之后，又迈出了第三维度的一步。Fraunhofer ILT的前研究助理Jonathan Schaible作为博士学位的一部分参与了进一步发展：他处理了必须满足机器和系统技术的特殊要求才能将EHLA与高速3D打印相结合的问题。

　　与此同时，他的继任者 Min-Uh Ko 继续在经过特殊修改的五轴 CNC 系统上完善工艺工程，该系统将最高精度与高进给率相结合，用于增材制造、自由曲面涂层和使用 ETHLA 的部件修复。

　　“EHLA 3D将LMD的生产率与其500至2000μm厚的层与结构有针对性的LPBF的精确构建相结合，具有30至100μm厚的层，”弗劳恩霍夫激光技术研究所ILT增材制造和修复LMD组组长Min-Uh Ko解释道。“EHLA 3D 处于 50 到 300 μm 的中等范围。”

　　接近最终轮廓

　　低稀释区和高冷却速率也有利于该工艺。由于这些特性，也可以增材生产由难以焊接和多材料配对的材料制成的部件。该过程显示了其在实际3D打印中的优势。

　　科学家Ko解释说：“使用EHLA 3D，可以高效地制造已经非常接近最终轮廓的组件。除了所谓的近净成形外，该工艺还可以快速精确地构建，以及在自由曲面上涂覆涂层。

　　在创纪录的时间内完成复杂的形状 - 这只有通过适当设计的机床技术和适应的 CNC 程序路径规划才能实现。当所谓的飞入（当激光头在激光束打开的情况下加速到使用点）与随后的飞出（当它减速离开加工区时）相互作用时，生产率在这里下降或游动。

　　效率取决于激光束开启时的处理时间与总处理时间的比值。Schaible 的研究证明了这一点：在 50 m/s² 的加速度和 50 m/min 的进给速度下，在 100 mm 的距离内，效率 M-PDE（与机器相关的粉末沉积效率）约为 80%。在加速度为 10 m/s² 时，M-PDE 约为 40%。

　　该研究所进一步发展EHLA流程的努力得到了回报，正如第一批成功的演示所证明的那样。在德国亚琛举行的“AKL'22—国际激光技术大会”上，科学家Ko在3年春季的演讲中展示了EHLA 2022D技术的当前进展。

　　例如，一段视频演示了成型工具的高效增材制造，与 LMD 相比，其打印时间可缩短两倍。此外，还通过减少精加工所需的工作量来带来更多优势。

　　使用废旧粉末进行可靠的 3D 金属打印

　　该工艺还具有高效率的特点：由航空航天材料Inconel 718制成的组件在五轴CNC系统上以超过3 kg / h的沉积速率进行2D打印，密度超过99.5%。亚琛研究人员还研究了当他们使用回收金属粉末而不是新的金属粉末时，特征值如何变化。在这两种情况下，抗拉强度Rm都在1300 MPa左右。

　　Ko解释说：“在这两种情况下，拉伸强度都与铸造一样好。科学家Schaible也获得了良好的结果，他的工作包括由3L不锈钢和铝硅合金制成的组件的EHLA 316D工艺开发。在这里，获得的机械性能也与传统生产样品的文献报道一致。目前使用EHLA 3D生产的薄壁铝部件的结构分辨率约为500μm。