弗勞恩霍夫 ILT 開發(fā)出用于制造分級多孔結構的 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年激光世界光子學博覽會上展出。

△多孔結構增材制造的演示：弗勞恩霍夫 ILT 的金屬標志表明，只需按一下按鈕即可通過集成多孔區(qū)域實現(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�！暗�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“為 3D 打印部件增添了新功能：滲透性是一項可設計的特性”。

△增材制造多孔結構細節(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)的目標應用

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加工設備等領域的合作伙伴進行洽談。

這些領域都需要兼具結構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性。正在進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的設計和工藝參數(shù)。

在慕尼黑博覽會上，研究團隊將展示一個浸入水中的金屬弗勞恩霍夫ILT標志；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控制。圖片來自弗勞恩霍夫ILT研究所。

LPBF孔隙度控制的相關進展

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)基梅隆大學和匹茲堡大學的研究人員建立了 Inconel 718收縮孔隙率的機械模型，并發(fā)布了工藝參數(shù)圖，以幫助制造商預測和消除LB-PBF 零件中不需要的孔隙。