当激光项圈驯服电弧,弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出电弧和激光组合3D打印技术:COLLAR Hybrid-金属3D打印工厂

当激光项圈驯服电弧,弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出电弧和激光组合3D打印技术:COLLAR Hybrid-金属3D打印工厂插图

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        线弧增材制造 (WAAM) 和线激光材料沉积 (WLMD)。这两种工艺都有与系统相关的优点和缺点:与 WAAM 相比,WLMD 成本高,沉积速率低,但其特点是热量输入低,并且可以在所需位置精确地形成层。出于这个原因,它在航空航天工业中尤其需要。如果需要更高的加工效率,WAAM 是更好的选择,不过可实现的表面更波浪,层堆积明显更粗糙。

当激光项圈驯服电弧,弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出电弧和激光组合3D打印技术:COLLAR Hybrid

电弧和激光组合3D打印技术:COLLAR Hybrid

© 亚琛Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光研究所

        来自德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT 为 DVS 研究项目“KoaxHybrid”开发了电弧焊接和激光材料沉积混合的3D打印技术。在亚琛,Fraunhofer研究所的工程师开发了一种新的光学系统,该系统采用玻璃基板和电弧炬,将气体保护金属电弧 (GMA) 焊接和激光材料沉积与环形光束结合在一起,从而创造了一种全新的工艺。

当激光项圈驯服电弧,弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出电弧和激光组合3D打印技术:COLLAR Hybrid

电弧和激光组合3D打印技术:COLLAR Hybrid

© 亚琛Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光研究所

      当这些工艺同轴组合时,沉积速率可提高高达 150%,因此这种 3D 打印工艺也可用于大型部件。由于表面波纹度降低,根据Fraunhofer ILT,与纯粹的WAAM 工艺相比,所需的后处理量显着减少。

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不同类型的金属3D打印技术的加工效率

© 3D科学谷白皮书

当激光项圈驯服电弧,弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出电弧和激光组合3D打印技术:COLLAR Hybrid

 组合工艺确保协同效应

电弧增材制造是一种成熟且稳健的工艺,因为不仅可以廉价获得必要的系统技术,而且大多数金属材料都可以用它来加工。但是,电弧不能像激光束那样精确聚焦。不能像激光一样用于产生精细和精确的轨迹。

作为对策,弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer LIT开发并建造了一种特殊的水冷光学系统,该系统采用玻璃基板和水冷电弧炬,用于高功率焊接和增材制造。能源被叠加,两个单独的3D打印过程的优势被有利地结合起来。

在混合工艺中,金属丝末端和基板之间的电弧被环形激光辐射包围,就像被套环一样。这种组合背后的想法是,电弧弧线无法突破这个激光项圈,并被强制引导。新工艺因其“强制引导”而得名COLLAR Hybrid,COLLAR指的是两种工艺的共同同轴激光弧。

弗劳恩霍夫 ILT 正在使用新系统技术进一步开发具有环形激光束和电弧技术的金属 3D 打印。同时,亚琛工业大学焊接与连接研究所 (ISF) 正在开发具有环形焦点的与方向无关的混合焊接和同轴送丝。这两个用例都是 DVS 研究项目 KoaxHybrid 的一部分。

当激光项圈驯服电弧,弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出电弧和激光组合3D打印技术:COLLAR Hybrid

 新的制造自由度

      新的混合工艺与众不同的不仅仅是更高的焊接速度――根据初步测试,与电弧焊相比提高了约 100%的速度,还带来了新的制造自由度。

根据Fraunhofer LIT,以往的电弧焊的加工过程中,当涉及到不仅是线性的焊缝时,会变得很困难,在每个拐角或曲线上,传统的设置都必须旋转,这会导致在路径编程方面付出巨大的努力。

     而COLLAR Hybrid工艺其光学系统可以实现任何方向的焊接。此外,它还有望产生另一个积极影响:使用激光工艺(电弧完全关闭或以低功率关闭),可以沉积具有挑战性的区域和精细结构;使用多数电弧工艺,较粗的结构,例如宽肋或具有大沉积速率的区域,可以更快地沉积材料,成本效益更高,能量输入更低。

      类似的构建策略也适用于铝或铜等材料,否则它们通常需要更昂贵的带有蓝色或绿色激光的光束源。例如,Fraunhofer ILT使用电弧分解氧化铝层,其熔化温度为2,200°C,但是下面的铝层只有 660°C 的熔化温度,然后可以用较低的综合功率进行焊接或加工。

(责任编辑:admin)

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