Több mint 30 éve formálja a Fraunhofer Lézertechnikai Intézet (ILT) a fém additív gyártást úttörő rendszer- és folyamatinnovációkkal. A Formnext rendezvényen, 18. – 21.11.2025 között, a Lézerintézet a 11. csarnok D31-es standján bemutatja átfogó portfólióját, amely a központi ipari akadályokra összpontosít, csökkenti a költségeket, megtakarítja a utólagos munkát és robusztusabbá teszi az alkatrészeket: a nagy szilárdságú wolfram alkatrészektől és a többi anyag kombinációját alkalmazó megoldásoktól az extrém terhelésű komponensek fúziós alkalmazásokhoz, a nagy termelékenységű szinkron bevonási és befejező folyamatokig, amelyek időt és energiát takarítanak meg, egészen az intelligens struktúrákig, mint például a nyomtatott érzékelők, amelyek okosabbá teszik a fém alkatrészeket.
»Akár demonstrátor, akár sorozat, a Fraunhofer ILT-n végzett fejlesztések célja általában a folyamatok gyorsabb és robusztusabb kialakítása, valamint a komponensminőség biztosítása« - magyarázza Dr. Tim Lantzsch, a Fraunhofer ILT Lézer Porágy Fúzió (LPBF) osztályvezetője.
A Formnext 2025-ös kiállítási darabok világosan bemutatják a teljes folyamatlánc mentén történő megközelítést: egy Al-Sc elosztóház üzemanyagcellákhoz, egy LPBF-el készült optikai tartó műholdakhoz, egy 2 kW-os LCoS kísérleti berendezés szabadon formálható sugárprofilokhoz, valamint LPBF struktúrák állítható porozitással.
A szelektív lézeres szinterezés (SLS) során a hangsúly az új anyagok folyamatfejlesztésén van. A Fraunhofer ILT rugalmas laboratóriumi berendezései már a legkisebb por mennyiségeket is képesek feldolgozni, például nagyon puha, hőre lágyuló poliuretánokat (TPU) és formaemlékező polimereket. A cél az, hogy a tulajdonságokat célzottan szabályozzuk, és robusztus paramétereket határozzunk meg új alkalmazásokhoz, valamint a sorozatgyártáshoz.
»Az additív gyártást a komponens funkciójából kiindulva gondoljuk, összekapcsoljuk az anyagot, a folyamatot és az adatokat, csökkentjük a költségeket darabonként, és növeljük a minőséget és a rendelkezésre állást. Problémamegoldóként és folyamatfejlesztőként értjük magunkat az ötlettől a stabil gyártásig az ipari partnereknél«, folytatta Lantzsch.
Wolfram alkatrészek a fúziós energiához
A plazmaexponált alkatrészeknek a fúziós reaktorokban, például a reaktor falának megerősítésében, ciklikus hőterheléseket kell elviselniük, amelyek körülbelül 20 MW/m²-ig terjednek, és erős sugárzásnak vannak kitéve. Ezekhez az extrém határfeltételekhez gyakorlatilag csak tiszta volfrám alkalmas. Eddig azonban az anyag egyszerű geometriákat és bonyolult illesztési pontokat kényszerít. A különböző hőtágulások a forrasztási kötések meghibásodásához vezetnek hőciklusok alatt, ami a szervizidőt és a berendezések rendelkezésre állását rontja.
A DURABLE projekt pontosan itt lép működésbe: Az additív folyamatok lehetővé teszik monolitikus vagy több anyagból készült alkatrészek előállítását wolframból és rézötvözetből, folyamatos hőátviteli úttal a kritikus illesztési zóna helyett. A folyamatirányítás kulcsfontosságú: az új rendszertechnika és paraméterablakok a PBF-LB/M-ben szinte repedésmentes, nagy sűrűségű wolfram struktúrákhoz vezetnek. Így bonyolult geometria és konform hűtés válik lehetővé.
»A haszon a hosszabb alkatrész-élettartamban, kevesebb utómunka és alacsonyabb kockázat a kötési pontoknál rejlik, ami előfeltétele a karbantartási időszakok meghosszabbításának és a működési óránkénti költségek csökkentésének« - mondja Niklas Prätzsch, az ILT Fraunhofer Intézet LPBF folyamat- és rendszertechnikáért felelős csoportvezetője.
Felületek optimalizálása egy lépésben
Egy új, áttörő megközelítést követ Viktor Glushych, a Fraunhofer ILT LMD bevonat- és hőkezelési csoportvezetője az extrém nagy sebességű lézeres felületkezelés (EHLA) terén. A módszer gyorsan és erőforrás-kímélően von be, de a legtöbb esetben forgácsoló utómunkálatokra van szükség. A „Simultaneous Coating and Roller Burnishing” (SCaRB) az EHLA-t egy lépésben kapcsolja össze a hengerezéssel. Miközben a felvitt réteg még meleg, egy hengerező szerszám halad végig a keletkezett felületen, plasztikusan tömöríti azt és simítja a felületi érdesség csúcsait.
Így jön létre egy sűrű, nyomásálló feszültségű réteg, magas felületi minőséggel, leválasztás és további megmunkálás nélkül.
»Ez időt, szerszámokat és anyagot takarít meg«, magyarázza Glushych az előnyöket. »Egyidejűleg a SCaRB képes célzottan befolyásolni a szerkezetet és a belső feszültségeket. Ez javítja a kopás- és korrózióállóságot, valamint növeli a bevont alkatrészek fáradási ellenállását.« A Formnext-en a Fraunhofer ILT bemutat egy EHLA hengerező demonstrátort, amely élőben nyújt áttekintést a kombinált folyamatvezetésről.
PFAS-mentes többanyagos bevonatok
A tiszta fémrétegek mellett különböző anyagokból készült többrétegű rétegek is alkalmazhatók. Itt az EHLA eljárást fémrétegekhez kombinálják egy PEEK réteg alkalmazásával funkcionális kompozit rétegek előállításához. A PEEK egy fluormentes, nagy teljesítményű polimer, és vonzó alternatívát jelent a PFAS bevonatokkal szemben.
»Az újdonság abban rejlik, hogy a EHLA-folyamatból származó maradék hőt használják fel, hogy a közvetlenül következő lépésben egy lerakott PEEK réteget megolvasztanak. Ehhez egy a Fraunhofer ILT által kifejlesztett fúvóka technológiát alkalmaznak, amely homogén alkalmazást tesz lehetővé. Ez a hibrid rétegrendszer két egyénileg beállítható funkciós réteg tulajdonságait egyesíti« - magyarázza Rebar Hama-Saleh Abdullah, a Fraunhofer ILT tudományos munkatársa.
A fém EHLA réteg korrózióvédő rétegként (pl. dugattyúkban), üzemanyag rétegként (pl. szélerőművekben) vagy hővezető közbenső rétegként használható. Az erre alkalmazott PEEK réteg a hozzáadott adalékanyagok függvényében tapadásmentes rétegként, csúszó rétegként vagy további korrózióvédő rétegként szolgál. „A fém és a polimerek közötti tapadási szilárdságot a műanyag és az EHLA eljárás során célzottan bevezetett, érdes felület közötti összekapcsolódás biztosítja” – mondta Dr. Christian Vedder, a Fraunhofer ILT felülettechnikai és formaképzési osztályának vezetője.
Nyomtatott érzékelők, intelligens alkatrészek
Az additív gyártás során a komponensek rétegről rétegre készülnek. Így olyan területek válnak hozzáférhetővé, amelyek kívülről nem elérhetők. Erre alapozva a megközelítés az, hogy érzékelőket közvetlenül fémalkatrészekbe integrálnak, például nyomtatott nyúlásmérőket LPBF alkatrészekbe. Az érzékelőrétegek inkjet, aeroszol-jet vagy tamponnyomtatás révén készülnek; ezek a gyártás során vagy azt követően helyezhetők el és pontosan pozicionálhatók. Az így készült intelligens alkatrészek például valós idejű adatokat szolgáltatnak a terhelésről, deformációról vagy kezdődő repedésről.
»Ezek az érzékelők pontosan ott helyezkednek el, ahol az adatok a legnagyobb hasznot hozzák, még olyan zónákban is, amelyek a hagyományos gyártás során hozzáférhetetlenek lennének«, fogalmaz Dr. Samuel Moritz Fink, a Fraunhofer ILT vékonyfilm-technológiai csoportvezetője. »Ez lehetővé teszi az üzem közbeni állapotfigyelést, a megelőző karbantartást és a nagyobb üzemeltetési biztonságot. Ugyanakkor csökken a rendszer bonyolultsága, mivel különálló felépítmények, kábelek vagy külső mérőhelyek elhagyhatók. A célágazatok a légiközlekedéstől az energián át a gépgyártásig terjednek.«
Problémamegoldók és folyamatfejlesztők
A fém-AM vállalatok számára központi kihívásokat jelentenek a magas darabköltségek, a bonyolult alkalmazásfejlesztés, valamint a folyamatok minősítése és tanúsítása a sorozatgyártáshoz. Pont itt lép be a Fraunhofer ILT portfóliója. Azonosítja a szűk keresztmetszeteket, stabil folyamatokat fejleszt, és gyorsan bevezeti az alkalmazásokat a termelésbe az első funkcionális mintától a robusztus gyártásig az ügyfélnél.
»Az új anyagok kulcsfontosságúak ahhoz, hogy a SLS különleges előnyeit, vagyis a maximális tervezési szabadságot és a támasztékmentességet egyre több iparágban kihasználhassuk. A módosított gépeinkkel hatékonyan tudjuk minősíteni ezeket az anyagokat, és ezzel áthidalni az ipari berendezések tyúk-tojás problémáját« - magyarázza Vera Rothmund, a Fraunhofer ILT Alkalmazásfejlesztési csoportjának tagja.
»A Fraunhofer ILT-nél ipari partnerként tekintünk magunkra: testreszabott folyamatokat és technológiákat fejlesztünk, hogy közösen oldjuk meg a fém 3D nyomtatás központi kihívásait - a termelékenységtől a minőségbiztosításon át a gazdaságosságig« - mondja Dr. Thomas Schopphoven, a Fraunhofer ILT Lézeres anyagfelvitel osztályvezetője.
Fraunhofer ILT a Formnext 2025-ön a Fraunhofer közösségi standján D31, 11-es csarnok.
Kapcsolat:
