Že več kot 30 let oblikuje Fraunhoferjev inštitut za lasersko tehnologijo ILT kovinsko aditivno proizvodnjo z revolucionarnimi inovacijami sistemov in procesov. Na sejmu Formnext od 18. do 21.11.2025 bo laserski inštitut v dvorani 11, stojnica D31, predstavil svoj obsežen portfelj, usmerjen v ključne ovire v industriji, ki znižuje stroške, prihrani dodatno obdelavo in naredi komponente bolj robustne: od visoko trdnih volframovih komponent in večmaterialnih pristopov za ekstremno obremenjene komponente v fuzijskih aplikacijah do visoko produktivnih simultanih procesov prevlečenja in končne obdelave, ki prihranijo čas in energijo, ter pametnih struktur, kot so tiskani senzorji, ki kovinske komponente naredijo pametne.
»Ne glede na to, ali gre za demonstrator ali serijo, je cilj razvoja na Fraunhofer ILT običajno hitrejše in robustnejše oblikovanje procesov ter zagotavljanje kakovosti komponent«, pojasnjuje dr. Tim Lantzsch, vodja oddelka za lasersko taljenje prahu (LPBF) na Fraunhofer ILT.
Razstavljeni eksponati na Formnext 2025 poudarjajo pristop vzdolž celotne procesne verige: ohišje razdelilnika Al-Sc za gorivne celice, optični nosilec za satelite, izdelan z LPBF, poskusna naprava LCoS z močjo 2 kW za prosto oblikovane žarkovne profile ter LPBF strukture z nastavljivo poroznostjo.
Pri selektivnem laserskem sintranju (SLS) je poudarek na razvoju procesov za nove materiale. Fleksibilne laboratorijske naprave na Fraunhofer ILT lahko že obdelujejo najmanjše količine prahu, na primer zelo mehke, termoplastične poliuretane (TPU) in polimere s spominsko obliko. Cilj je usmerjeno nadzorovati lastnosti in določiti robustne parametre za nove aplikacije ter za serijsko proizvodnjo.
»Razmišljamo o aditivni proizvodnji iz vidika funkcije komponent, povezujemo material, proces in podatke, zmanjšujemo stroške na del in povečujemo kakovost ter razpoložljivost. Razumemo se kot reševalci problemov in razvijalci procesov od ideje do stabilne proizvodnje pri industrijskem partnerju,« je še dodal Lantzsch.
Wolframovi deli za fuzijsko energijo
Plazmično izpostavljeni deli v fuzijskih reaktorjih, kot je ojačitev reaktorske stene, morajo prenesti ciklične toplotne obremenitve do približno 20 MW/m² in močno sevanje. Za te ekstremne pogoje je praktično primeren le čisti tungsten. Doslej pa material zahteva preproste geometrije in zahtevne spoje. Različna toplotna razteznost povzroča odpoved spajkalnih povezav pod termičnimi cikli, kar vpliva na življenjsko dobo in razpoložljivost naprav.
Projekt DURABLE se osredotoča prav na to: aditivni procesi omogočajo monolitne ali večkomponentne dele iz volframa in bakrove zlitine z neprekinjeno toplotno pot namesto kritične spojne cone. Ključna je vodenje procesa: nova sistemska tehnologija in parametrska okna vodijo v PBF-LB/M do skoraj brezrazličnih, visoko gostotnih volframovih struktur. Tako je mogoča kompleksna geometrija s skladnim hlajenjem.
»Korist je v daljši življenjski dobi komponent, manjši potrebi po ponovnem delu in manjšem tveganju na spojnih točkah, kar je pogoj za podaljšanje intervalov vzdrževanja in znižanje stroškov na delovno uro,« pravi Niklas Prätzsch, vodja skupine LPBF-procesne in sistemske tehnologije na Fraunhoferjevem inštitutu za lasersko tehnologijo ILT.
Optimizacija površin v enem koraku
Nov revolucionaren pristop sledi Viktor Glushych, vodja skupine za prevleke LMD in toplotno obdelavo na Fraunhofer ILT za ekstremno visoko hitrostno lasersko nanoso varjenje (EHLA). Postopek hitro in varčno prevleče, vendar je v večini primerov potrebna obdelava s struženjem. »Hkratno prevlečenje in valjanje« (SCaRB) povezuje EHLA z valjanjem v enem procesnem koraku. Medtem ko je naneseni sloj še topel, valjčno orodje prehaja čez nastalo površino, jo plastično stisne in izravna vrhove hrapavosti.
Tako nastane gosta, napetostno odporna površinska plast z visoko kakovostjo površine brez odpadka in brez dodatnega brušenja.
»To prihrani čas, orodja in material«, pojasnjuje Glushych prednosti. »Hkrati lahko SCaRB ciljno vpliva na mikrostrukturo in notranje napetosti. To izboljša odpornost proti obrabi in koroziji ter povečuje utrujenostno trdnost obloženih komponent.« Na dogodku Formnext Fraunhofer ILT predstavlja demonstrator EHLA valjanja, ki omogoča živo sledenje kombiniranemu vodenju procesa.
PFAS-proste večmaterialne prevleke
Poleg čisto kovinskih plasti je mogoče nanesti tudi večplastne plasti iz raznolikih materialov. Tu je postopek EHLA za kovinske plasti kombiniran z aplikacijo PEEK plasti za izdelavo funkcionalnih kompozitnih plasti. PEEK je fluor-free visokozmogljiv polimer in privlačna alternativa PFAS premazom.
»Novost je v izkoriščanju preostale toplote iz EHLA-procesa, da se v takojšnjem naslednjem koraku stopi deponirana PEEK-plast. Za to se uporablja tehnologija šob, razvita na Fraunhofer ILT, ki omogoča homogeno aplikacijo. Ta hibridni sistem plasti združuje lastnosti dveh individualno nastavljivih funkcijskih plasti,« pojasnjuje Rebar Hama-Saleh Abdullah, znanstveni sodelavec na Fraunhofer ILT.
Metalna EHLA plast se lahko uporablja kot zaščitna plast proti koroziji (npr. v batnih cilindrih), kot nujna plast (npr. v vetrnih turbinah) ali kot toplotno prevodna medplast. Na to nanesena PEEK plast služi, odvisno od dodanih aditivov, kot plast proti prijemanju, drsna plast ali kot dodatna zaščita proti koroziji. "Odpornost med kovino in polimerom se doseže z zaklepom plastike z grobo površino, ki je bila ciljno vnesena s postopkom EHLA," pravi dr. Christian Vedder, vodja oddelka za površinsko tehnologijo in oblikovno obdelavo na Fraunhofer ILT.
Natisnjeni senzorji, pametne komponente
Pri aditivni proizvodnji nastajajo sestavni deli plast za plastjo. Tako postanejo dostopni območja, ki jih od zunaj ni mogoče doseči. Na tem temelji pristop, da se senzorje neposredno vgradi v kovinske dele, na primer natisnjene merilne trakove v LPBF sestavnih delih. Senzorske plasti nastajajo s pomočjo inkjet, aerosolnega curka ali tampotiska; te je mogoče nanesti med ali po gradnji in natančno postaviti. Tako izdelani pametni sestavni deli zagotavljajo na primer podatke v realnem času o obremenitvi, deformaciji ali začetku nastanka razpok.
»Ti senzorji so natančno tam, kjer so podatki najbolj koristni, tudi v območjih, ki bi bila z običajno proizvodnjo nedostopna,« povzame Dr. Samuel Moritz Fink, vodja skupine za tanke plasti na Fraunhofer ILT. »To omogoča spremljanje stanja med delovanjem, napovedno vzdrževanje in večjo operativno varnost. Hkrati se zmanjša kompleksnost sistema, saj lahko opustimo ločene naprave, kable ali zunanje merilne točke. Ciljne panoge segajo od letalstva in vesoljske industrije do energetike in strojništva.«
Reševalci težav in razvijalci procesov
Osrednji izzivi za podjetja v kovinskem AM so visoki stroški na enoto, zahtevna razvojna uporaba in usposabljanje oziroma certificiranje procesov za serijsko proizvodnjo. Prav tu se osredotoča portfelj Fraunhofer ILT. Prepoznava ozka grla, razvija stabilne procese in hitro uvaja aplikacije v proizvodnjo od prvega funkcionalnega vzorca do robustne proizvodnje pri strankah.
»Nova materiala sta ključ, da posebne prednosti SLS, torej maksimalna svoboda oblikovanja in svoboda podpornih struktur, postaneta uporabna v vedno več panogah. Z našimi modificiranimi stroji lahko učinkovito kvalificiramo te materiale in tako premagamo problem jajca in piščanca v industrijskih obratih,« pojasnjuje Vera Rothmund iz skupine za razvoj aplikacij pri Fraunhofer ILT.
»Pri Fraunhofer ILT se razumemo kot partner industrije: razvijamo prilagojene procese in tehnologije, da skupaj z podjetji rešimo osrednje izzive v kovinskem 3D-tisku – od produktivnosti, zagotavljanja kakovosti do ekonomičnosti,« pravi dr. Thomas Schopphoven, vodja oddelka za lasersko dodajanje pri Fraunhofer ILT.
Fraunhofer ILT na Formnext 2025 na skupnem razstavnem prostoru Fraunhofer D31 v dvorani 11.
Kontakt:
