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增材制造

futureAM 项目发现用于增材制造的超合金

文/LFW

几 十年来，德国弗劳恩霍夫材料与光束技术研究 行焊接和加工。然而，
所（Fraunhofer IWS）的工程师们始终在致力于
这需要在温度、粉末、
改进激光粉末堆焊技术，以便允许更多的材料 进料速度和其他参数都
能够应用于增材制造中。在这个过程中，系统将各种不同 合适时，系统才能有效
的填充粉末送入加工区 ；在加工区内，激光熔化粉末并将 工作。
其沉积在工件表面上。通过这种方式，以逐层增加材料的 Fraunhofer IWS 的
方式最终生成想要的零件。 futureAM 项目中，工程
师们正在记录大量的传
图3：测试的化学分析证明了材料的转变；
感器数据，其采样率非 颜色说明了从钴基合金Merl72到镍基高温合
金IN 718的连续转变（黄色-钴；蓝色-镍；
常高。然而，这产生了 橙色-铝）。（来源Fraunhofer IWS）
人们很难理解的大量数据（大数据）。
Fraunhofer IWS 的专家使用人工智能（AI）和机器学习
技术，来发现这些信号洪流中隐藏的联系。例如，特殊的分
析算法将测量的传感器值与研究所的粉末数据库联系起来，
并对进一步的工艺参数进行评估，逐渐地，机器便学会做出
图1：通过激光粉末堆焊，可以将不同材料制成的部件进行整体制造，从而使 自己的决定，选择出合适的工艺参数。例如，他们可以自行
特定材料能够准确地放置在要求其性能的地方。如图中就为燃气轮机提供了更
轻、更好、成本更低的叶片。 决定焊接过程中温度的轻微上升是否可以接受，或者在整个
该项目管理员 Michael Müller 解释说 ：“这种增材制 部件最终成为废品之前，他们是否必须立即采取一些措施。
造过程的一个优点是，可以根据实际需要，非常灵活地 例如，如果大多数材料在 1200℃左右的温度下还没
生长出不同材料的高性能增材制造零件。”通过这种方式， 有失效，那么飞机发动机可以在更高的温度下更有效地工
也有可能打印镍基合金，而这些合金很难使用传统方法进 作。当然，有些材料可以承受如此高的温度，但是它们成
本高昂，并且难以使用传统方法进行加工。增材制造就是
为了解决这一困境，以帮助人们实现更具成本效益的设计。
使用激光粉末堆焊，结合优化出的工艺参数，可以同
时或连续地以精确可调的进料速度，将不同的粉末送入加
工区。精确调节进给速率，有时用单一材料设计整个部件
并不是非常有效，所有复合金属材料会形成符合需求性能
的增材制造工件。
在 futureAM 项目中，Fraunhofer IWS 和其他五家
Fraunhofer 研究所正在汇集这项技术以及进一步的专业知
识，旨在将增材制造推向一个新水平。他们希望到 2020

图2：Fraunhofer IWS的工程师Dresden开发了一个工艺和材料数据库，用于存 年夏季，将所有研究成果整合到增材制造工艺链中，并在
储制造部件的所有细节；该数据库允许在焊接结果和已经获得的数据之间得出
复杂结论。 现实中完成实体零件的增材制造。

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