弗勞恩霍夫 ILT 開發(fā)出用于制造分級多孔結(jié)構(gòu)的 LPBF 方法

2025年6月12日，南極熊獲悉，德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）的研究人員開發(fā)了一種激光粉末床熔合（LPBF）工藝，可將局部可滲透或致密的區(qū)域（包括分級過渡）直接嵌入金屬部件中。新方法將于2025年6月24日至27日在慕尼黑舉行的2025年激光世界光子學(xué)博覽會上展出。

△多孔結(jié)構(gòu)增材制造的演示：弗勞恩霍夫 ILT 的金屬標(biāo)志表明，只需按一下按鈕即可通過集成多孔區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可調(diào)節(jié)的滲透性。

無需后處理即可控制滲透率

新開發(fā)的方法基于成熟的激光粉末床熔合 (LPBF) 工藝，通過將金屬粉末分層涂覆，并使用激光進(jìn)行選擇性重熔。迄今為止，LPBF工藝的重點一直放在生產(chǎn)盡可能致密且具有彈性的部件上。“但如果我們允許局部存在孔隙，例如，通過改變工藝參數(shù)，就能實現(xiàn)可控的滲透性，”弗勞恩霍夫 ILT 激光粉末床熔合工藝與系統(tǒng)工程組的 Andreas Vogelpoth 解釋道。

新方法將多孔區(qū)域和致密區(qū)域并排放置，在保持機械完整性的同時，允許氣體或液體在需要的地方通過。

傳統(tǒng)的金屬泡沫或織物具有類似的功能，但必須單獨生產(chǎn)和組裝，這會增加接縫，從而增加熱阻或電阻。Vogelpoth指出，ILT 的原位孔隙技術(shù)“為 3D 打印部件增添了新功能：滲透性是一項可設(shè)計的特性”。

△增材制造多孔結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)圖，展現(xiàn)了致密區(qū)域和可滲透區(qū)域之間可控的滲透性。圖片來自弗勞恩霍夫 ILT 公司。

航空航天和熱力系統(tǒng)的目標(biāo)應(yīng)用

ILT 的首個工業(yè)測試案例是氫電解器堆棧，它包含多個功能層。打印這些具有整體滲透區(qū)域的層可以減少單個部件的數(shù)量，降低材料用量并降低生產(chǎn)成本。除了氫能，該研究所還在與渦輪機械、工具制造、熱交換器和過濾器制造以及化學(xué)加工設(shè)備等領(lǐng)域的合作伙伴進(jìn)行洽談。

這些領(lǐng)域都需要兼具結(jié)構(gòu)強度和精確流體或熱管理的組件，因此“控制”孔隙度的能力尤為重要。ILT強調(diào)，開放的跨應(yīng)用方法旨在讓中小型企業(yè)無需大量硬件投資即可獲得多功能金屬增材制造 (AM)。

計算機斷層掃描測試表明，這些孔隙具有可重復(fù)性。正在進(jìn)行的研究旨在讓用戶為部件的任何區(qū)域指定精確的滲透率值，弗勞恩霍夫提供相應(yīng)的設(shè)計和工藝參數(shù)。

在慕尼黑博覽會上，研究團(tuán)隊將展示一個浸入水中的金屬弗勞恩霍夫ILT標(biāo)志；空氣通過集成的多孔區(qū)域，形成了一個可見的氣泡幕，讓參觀者“看到并感受到”受控的滲透率。

△增材制造部件中多孔區(qū)域的特寫，展示了致密區(qū)域和透水區(qū)域之間滲透性的精準(zhǔn)控制。圖片來自弗勞恩霍夫ILT研究所。

LPBF孔隙度控制的相關(guān)進(jìn)展

今年早些時候，Dyndrite與Elementum3D合作，將 PermiAM滲透性控制工作流程嵌入DyndriteLPBF Pro，使工程師能夠在同一金屬構(gòu)件內(nèi)打印完全致密且高度多孔的區(qū)域。同樣，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和匹茲堡大學(xué)的研究人員建立了 Inconel 718收縮孔隙率的機械模型，并發(fā)布了工藝參數(shù)圖，以幫助制造商預(yù)測和消除LB-PBF 零件中不需要的孔隙。