Makino 聯(lián)手德國(guó)弗勞恩霍夫,，將超高速激光熔覆技術(shù)“嫁接”到五軸 CNC 平臺(tái)

2024年7月4日，南極熊獲悉,，總部位于日本的全球知名機(jī)床制造商Makino公司和弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所 (Fraunhofer ILT)正在展開(kāi)合作,，計(jì)劃使用 EHLA 和 EHLA3D 重新定義增材制造的界限。通過(guò)將超高速激光熔覆技術(shù)（EHLA3D）集成到五軸 CNC 平臺(tái)中,，他們開(kāi)發(fā)了一種能夠使用高強(qiáng)度材料高效生產(chǎn),、涂層或修復(fù)復(fù)雜幾何形狀的工藝。此次合作縮短了關(guān)鍵行業(yè)的生產(chǎn)時(shí)間并延長(zhǎng)了零件壽命,，同時(shí)為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的未來(lái)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ),。

激光技術(shù)在制造業(yè)中發(fā)揮著核心作用，尤其是在增材制造領(lǐng)域,。在此背景下,，F(xiàn)raunhoferILT和Makino希望將EHLA3D技術(shù)“嫁接”轉(zhuǎn)移到五軸 CNC 平臺(tái)上,。然而,，要做到這一點(diǎn)，必須開(kāi)展運(yùn)動(dòng)學(xué)研究,，以使加工頭能夠快速動(dòng)態(tài)地移動(dòng)以進(jìn)行 EHLA3D 工藝,。

這樣就可以靈活地加工各種幾何形狀，并且可以使用各種各樣的材料涂覆組件,。最初,，項(xiàng)目合作伙伴只考慮增材制造，但需要修復(fù)的目標(biāo)主體很快就出現(xiàn)了,。ILT激光金屬沉積（LMD）方向的項(xiàng)目組長(zhǎng)Min-Uh Ko 說(shuō)：“維修非常令人興奮,。許多昂貴的部件都必須更換,，即使是輕微的缺陷。像Makino提供的帶有旋轉(zhuǎn)和傾斜工作臺(tái)的靈活系統(tǒng)實(shí)際上提供了良好的修復(fù)選項(xiàng),，這節(jié)省了新產(chǎn)品的成本,，避免了運(yùn)輸和交貨時(shí)間，并最大限度地減少了停機(jī)時(shí)間,。此外,，修復(fù)主題是未來(lái)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本先決條件�,！�

△ILT的 Min-Uh Ko（左）和Makino的 Johannes Finger 博士（右）,。圖片來(lái)源：弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所

Makino 在該項(xiàng)目中的任務(wù)不僅限于CNC 硬件，還包括過(guò)程控制,，因?yàn)楸仨毻耆�重新設(shè)計(jì),。挑戰(zhàn)在于從技術(shù)上使機(jī)器適應(yīng)高加速度，并優(yōu)化過(guò)程控制和機(jī)器運(yùn)動(dòng)學(xué),，以精確控制激光束與材料之間的相互作用,。

Makino新加坡子公司開(kāi)發(fā)的機(jī)床有效進(jìn)給速度高達(dá)每分鐘 30 米，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比,，速度非�,？臁＿@種速度在加工大型復(fù)雜部件時(shí)非常有利,，因?yàn)樗�可以大大縮短生產(chǎn)時(shí)間,。技術(shù)改進(jìn)使最終產(chǎn)品始終保持高質(zhì)量，并提高生產(chǎn)過(guò)程的效率,，這對(duì)于航空航天和工具制造行業(yè)的高質(zhì)量部件尤為重要,。

Makino項(xiàng)目經(jīng)理 JohannesFinger 博士說(shuō)：“Makino以其高精度 CNC 系統(tǒng)而聞名于世。進(jìn)軍增材制造,，尤其是高速 LMD,，代表著牧野產(chǎn)品組合的戰(zhàn)略擴(kuò)張。聯(lián)合開(kāi)發(fā)的五軸 CNC 機(jī)器現(xiàn)在使我們能夠快速,、精確地生產(chǎn)難以焊接的材料（例如高強(qiáng)度鋼或碳化物）的復(fù)雜幾何形狀,。這是獨(dú)一無(wú)二的�,！�

聯(lián)合優(yōu)化提高效率和精度

Fraunhofer ILT 為該項(xiàng)目貢獻(xiàn)了其在激光制造工藝領(lǐng)域的豐富專業(yè)知識(shí),，并帶來(lái)了全面的基礎(chǔ)設(shè)施和專業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。憑借數(shù)十年 LMD 工藝和組件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),，該研究所為優(yōu)化加工各種材料的工藝參數(shù)并最終將新技術(shù)轉(zhuǎn)讓給工業(yè)試點(diǎn)客戶 toolcraft AG 做出了決定性貢獻(xiàn),。這包括調(diào)整激光參數(shù)、微調(diào)粉末進(jìn)料以及優(yōu)化CNC 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制,。

△AML500 加工機(jī),。圖片來(lái)源：Makino

著名材料專家 Min-Uh Ko 說(shuō)道：“優(yōu)化熱量輸入是 EHLA3D 工藝的一個(gè)關(guān)鍵方面,。進(jìn)料速率和粉末氣體噴射在控制引入材料的熱量方面起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)調(diào)整進(jìn)料速率和粉末質(zhì)量流量,，我們可以精確控制熱量輸入,，減少熱影響區(qū)，并確保涂層質(zhì)量均勻,�,！�

Johannes Finger 說(shuō)道：“通過(guò)使用高進(jìn)料率和優(yōu)化的粉末進(jìn)料，我們可以在保持相同甚至更高精度的情況下顯著提高材料應(yīng)用效率,。因此,，HS-LMD 的堆積率可以顯著提高，從而提高生產(chǎn)過(guò)程的整體效率,�,！�

高性能部件的修復(fù)和涂層

該項(xiàng)目的目標(biāo)之一是對(duì)正常運(yùn)行期間承受高負(fù)荷的高質(zhì)量工具和機(jī)器零件進(jìn)行維修和保養(yǎng)。合作伙伴能夠通過(guò)改進(jìn)的 EHLA3D 技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),。此外,，EHLA3D 技術(shù)還成功用于涂層磨損部件，從而顯著提高了這些部件的使用壽命,。由于現(xiàn)在可以精確高效地涂覆耐磨涂層,，EHLA3D 已成為延長(zhǎng)采礦和重工業(yè)等各個(gè)行業(yè)部件使用壽命的經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

Makino 能夠如此迅速地將結(jié)果應(yīng)用于新型 AML 500 加工機(jī),，這一事實(shí)一方面表明了機(jī)器制造商 CNC 系統(tǒng)的靈活性,。另一方面，實(shí)際應(yīng)用也表明 EHLA3D 技術(shù)不僅僅是一個(gè)理論概念,，而是一項(xiàng)先進(jìn),、強(qiáng)大且適用于工業(yè)的技術(shù)，在成本,、效率和性能方面具有顯著優(yōu)勢(shì),。工業(yè)客戶與 Fraunhofer ILT 之間的合作帶來(lái)了制造技術(shù)的切實(shí)改進(jìn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,。

未來(lái)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵方面將是確定和驗(yàn)證 EHLA3D 工藝的新應(yīng)用領(lǐng)域,。由于可處理的材料系統(tǒng)變得如此靈活，這種擴(kuò)展的 EHLA 工藝現(xiàn)在可以轉(zhuǎn)移到通常無(wú)法研究的應(yīng)用,，因?yàn)?LMD 工藝有這樣的局限性,。這尤其適用于多材料系統(tǒng)的應(yīng)用和精細(xì)結(jié)構(gòu)的打印,。