De mai bine de 30 de ani, Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laser ILT modelează fabricația aditivă metalică prin inovații de sistem și proces de pionierat. La Formnext, între 18 și 21.11.2025, Institutul Laser va prezenta în hala 11, standul D31, portofoliul său cuprinzător, orientat spre obstacolele centrale din industrie, care reduce costurile, economisește timp de refacere și face componentele mai robuste: de la componente din tungsten de înaltă rezistență și abordări multi-material pentru componente extrem de solicitate în aplicații de fuziune, până la procese de acoperire și prelucrare finală simultană, foarte productive, care economisesc timp și energie, și până la structuri inteligente, cum ar fi senzorii imprimați, care fac componentele metalice mai inteligente.
„Indiferent dacă este vorba de un demonstrator sau de o serie, scopul dezvoltărilor la Fraunhofer ILT este, în general, de a proiecta procesele mai rapid și mai robust și de a asigura calitatea componentelor“, explică Dr. Tim Lantzsch, șeful departamentului Fuzionare cu pulbere laser (LPBF) la Fraunhofer ILT.
Exponatele de la Formnext 2025 ilustrează abordarea pe întreaga lanț de procese: un carcasă de distribuitor Al-Sc pentru celule de combustie, un suport optic fabricat prin LPBF pentru sateliți, un sistem experimental LCoS de 2 kW pentru profile de fascicul liber formabile, precum și structuri LPBF cu porozitate ajustabilă.
În cazul sinterizării selective cu laser (SLS), accentul se pune pe dezvoltarea procesului pentru noi materiale. Instalațiile de laborator flexibile de la Fraunhofer ILT pot deja procesa cantități foarte mici de pulbere, de exemplu, poliuretanuri termoplastice (TPU) foarte moi și polimeri cu memorie de formă. Scopul este de a controla în mod specific proprietățile și de a determina parametrii robuști pentru noi aplicații, precum și pentru producția în serie.
»Noi gândim fabricația aditivă din perspectiva funcției componentelor, conectând materialul, procesul și datele, reducând costurile pe parte și crescând calitatea și disponibilitatea. Ne considerăm soluționatori de probleme și dezvoltatori de procese, de la idee până la fabricația stabilă la partenerul industrial«, a adăugat Lantzsch.
Componente din wolfram pentru energia de fuziune
Componente expuse la plasmă în reactoarele de fuziune, cum ar fi armarea pereților reactorului, trebuie să reziste la sarcini termice ciclice de până la aproximativ 20 MW/m² și la radiații intense. Pentru aceste condiții extreme, practic doar tungstenul pur este adecvat. Până acum, materialul impune însă geometrie simplă și îmbinări complexe. Diferitele dilatări termice determină eșecul conexiunilor sudate sub cicli termici, afectând durata de viață și disponibilitatea instalației.
Proiectul DURABLE se concentrează exact pe acest aspect: procesele aditive permit realizarea de componente monolitice sau din mai multe materiale din tungsten și aliaje de cupru cu un traseu termic continuu în loc de zone de îmbinare critice. Factorul decisiv este conducerea procesului: o nouă tehnologie de sistem și feronerie de parametri duc la structuri de tungsten aproape fără fisuri și cu o densitate ridicată în PBF-LB/M. Astfel, geometria complexă cu răcire conformă devine posibilă.
„Beneficiul constă în durata de viață mai lungă a componentelor, mai puțin lucru de refacere și un risc mai mic la punctele de îmbinare, o condiție necesară pentru a extinde intervalele de întreținere și a reduce costurile pe oră de operare“, spune Niklas Prätzsch, șef de grup al tehnologiei procesului și sistemului LPBF la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laser ILT.
Optimizarea suprafețelor într-un singur pas
Un nou abordare revoluționară este urmărită de Viktor Glushych, liderul grupului de acoperire LMD și tratamente termice la Fraunhofer ILT pentru sudarea prin laser de înaltă viteză extremă (EHLA). Procedeul acoperă rapid și eficient din punct de vedere al resurselor, dar în cele mai multe cazuri este necesară o prelucrare ulterioară prin așchiere. „Acoperirea simultană și șlefuirea cu role” (SCaRB) combină EHLA cu șlefuirea într-un singur pas de proces. În timp ce stratul aplicat este încă cald, un instrument cu role trece peste suprafața creată, compactând-o plastic și netezind vârfurile de rugozitate.
Astfel se formează un strat de suprafață dens, cu tensiune internă rezistentă la presiune, având o calitate superioară a suprafeței, fără uzură și fără prelucrare suplimentară.
„Asta economisește timp, unelte și materiale“, explică Glushych avantajele. „În același timp, SCaRB poate influența în mod țintit structura și tensiunile interne. Aceasta îmbunătățește rezistența la uzură și coroziune și crește rezistența la oboseală a componentelor acoperite.“ La Formnext, Fraunhofer ILT prezintă un demonstrator EHLA-Rollieren, care face procesul combinat ușor de urmărit în timp real.
Acoperiri multi-materiale fără PFAS
Pe lângă straturile pure de metal, pot fi aplicate și straturi multilayer din materiale diferite. Aici, procesul EHLA pentru straturile de metal este combinat cu aplicarea unui strat de PEEK pentru fabricarea straturilor compozite funcționale. PEEK este un polimer de înaltă performanță fără fluor și o alternativă atractivă la acoperirile PFAS.
„Noutatea constă în utilizarea căldurii reziduale din procesul EHLA pentru a topi un strat de PEEK depus în pasul imediat următor. Pentru aceasta, se folosește o tehnologie de duză dezvoltată la Fraunhofer ILT, care permite o aplicare omogenă. Acest sistem hibrid de straturi reunește proprietățile a două straturi funcționale ajustabile individual“, explică Rebar Hama-Saleh Abdullah, cercetător științific la Fraunhofer ILT.
Stratul metalic EHLA poate fi utilizat ca strat de protecție împotriva coroziunii (de exemplu, în pistoane), ca strat de funcționare de urgență (de exemplu, în turbinele eoliene) sau ca strat intermediar cu conductivitate termică. Stratului PEEK aplicat ulterior îi revine rolul de strat antiaderent, strat de alunecare sau ca protecție suplimentară împotriva coroziunii, în funcție de aditivii adăugați. „Adhesiunea între metal și polimer este realizată printr-o interacțiune a plasticului cu suprafața rugoasă introdusă în mod țintit prin procesul EHLA”, spune Dr. Christian Vedder, șeful departamentului de tehnologia suprafețelor și prelucrarea formelor la Fraunhofer ILT.
Senzori imprimați, componente inteligente
În fabricația aditivă, componentele sunt create strat cu strat. Astfel, se devin accesibile zone care nu pot fi atinse din exterior. Aceasta este baza abordării de a integra senzori direct în piese metalice, cum ar fi gabaritele de deformare imprimate în componente LPBF. Straturile de senzori sunt create prin tehnici de imprimare cu jet de cerneală, jet de aerosol sau serigrafie; acestea pot fi aplicate în timpul sau după construcție și pot fi plasate cu precizie. Componentele inteligente astfel fabricate oferă, de exemplu, date în timp real despre sarcină, deformare sau formarea inițială a fisurilor.
„Acești senzori sunt exact acolo unde datele sunt cele mai utile, chiar și în zone care ar fi inaccesibile prin metodele convenționale de fabricație“, subliniază Dr. Samuel Moritz Fink, liderul grupului de procese de peliculă subțire la Fraunhofer ILT. „Aceasta permite monitorizarea stării în utilizare, întreținerea predictivă și o mai mare siguranță în operare. În același timp, complexitatea sistemului scade, deoarece construcțiile separate, cablurile sau punctele de măsurare externe pot fi eliminate. Domeniile țintă variază de la aerospațial la energie și inginerie mecanică.“
Rezolvatori de probleme și dezvoltatori de procese
Provocările centrale pentru companiile din domeniul AM metalic constau în costuri ridicate pe piesă, dezvoltarea complexă a aplicațiilor și calificarea sau certificarea proceselor pentru serie. Aici intervine portofoliul Fraunhofer ILT. Acesta identifică blocajele, dezvoltă procese stabile și aduce aplicațiile rapid în producție, de la primul prototip funcțional până la fabricația robustă la client.
»Materialele noi sunt cheia pentru a face utilizabile în tot mai multe domenii punctele forte ale SLS, adică libertatea maximă de design și libertatea de structură de suport. Cu mașinile noastre modificate, putem califica eficient aceste materiale și astfel depăși problema găinii și a oului a instalațiilor industriale«, explică Vera Rothmund din grupul de Dezvoltare a Aplicațiilor de la Fraunhofer ILT.
»La Fraunhofer ILT ne considerăm parteneri ai industriei: dezvoltăm procese și tehnologii personalizate pentru a rezolva împreună cu companiile provocările centrale în imprimarea 3D metalică – de la productivitate la asigurarea calității și până la rentabilitate«, spune Dr. Thomas Schopphoven, șeful departamentului de sudare prin laser la Fraunhofer ILT.
Fraunhofer ILT la Formnext 2025 la standul comunității Fraunhofer D31 în hala 11.
Contact:
