Протягом більше ніж 30 років Інститут лазерних технологій Фраунгофера ILT формує металеве адитивне виробництво за допомогою новаторських системних і процесних інновацій. На виставці Formnext з 18 по 21.11.2025 Лазерний інститут представить у залі 11, на стенді D31, своє всебічне портфоліо, орієнтоване на центральні галузеві перешкоди, яке знижує витрати, економить повторну обробку та робить деталі більш міцними: від високоміцних вольфрамових компонентів і багатоматеріальних підходів для екстремально навантажених компонентів у фузійних застосуваннях до високопродуктивних одночасних процесів покриття та остаточної обробки, які економлять час і енергію, а також до розумних структур, таких як надруковані сенсори, які роблять металеві деталі розумними.
«Неважливо, чи йдеться про демонстратор чи серію, мета розробок у Fraunhofer ILT зазвичай полягає в тому, щоб зробити процеси швидшими та надійнішими, а також забезпечити якість деталей», - пояснює доктор Тім Ланцш, керівник відділу лазерного порошкового сплавлення (LPBF) у Fraunhofer ILT.
Експонати на Formnext 2025 підкреслюють підхід вздовж усієї процесної ланцюга: алюмінієво-скандієвий розподільний корпус для паливних елементів, оптичний носій для супутників, виготовлений за технологією LPBF, експериментальна установка LCoS потужністю 2 кВт для вільно формованих профілів променя, а також структури LPBF з регульованою пористістю.
При селективному лазерному спікання (SLS) акцент робиться на розробці процесу для нових матеріалів. Гнучкі лабораторні установки в Інституті Фраунгофера ILT вже можуть обробляти найменші кількості порошку, наприклад, дуже м'які термопластичні поліуретани (TPU) та полімери з пам'яттю форми. Мета полягає в цілеспрямованому контролю властивостей та визначенні надійних параметрів для нових застосувань, а також для серійного виробництва.
«Ми розглядаємо адитивне виробництво з точки зору функції деталі, поєднуємо матеріал, процес і дані, зменшуємо витрати на деталь і підвищуємо якість та доступність. Ми вважаємо себе вирішувачами проблем і розробниками процесів від ідеї до стабільного виробництва у промислового партнера», - додав Ланцш.
Вольфрамові компоненти для термоядерної енергії
Плазмові компоненти в термоядерних реакторах, такі як армування стінки реактора, повинні витримувати циклічні теплові навантаження до приблизно 20 МВт/м² і сильне випромінювання. Для цих екстремальних умов підходить практично лише чистий вольфрам. Однак наразі матеріал вимагає простих геометрій і складних з'єднань. Різна теплове розширення призводить до виходу з ладу паяних з'єднань під час термальних циклів, що негативно впливає на термін служби та доступність обладнання.
Проект DURABLE зосереджується саме на цьому: адитивні процеси дозволяють виготовляти монолітні або багатокомпонентні деталі з вольфраму та мідного сплаву з безперервним тепловим шляхом замість критичної зони з'єднання. Важливим є управління процесом: нова системна технологія та параметричні вікна призводять у PBF-LB/M до практично безтріщинних, високо щільних вольфрамових структур. Таким чином, стає можливим створення складної геометрії з конформним охолодженням.
«Перевага полягає в довшому терміні служби деталей, меншій кількості доопрацювань і нижчому ризику в з’єднувальних точках, що є умовою для подовження інтервалів обслуговування та зниження витрат на годину роботи», - говорить Ніклас Пратцш, керівник групи процесів і систем LPBF в Інституті лазерних технологій Фраунгофера ILT.
Оптимізація поверхонь за один крок
Новий революційний підхід реалізує Віктор Глушич, керівник групи покриттів LMD та термічної обробки в Fraunhofer ILT, для екстремального високошвидкісного лазерного наплавлення (EHLA). Процес швидко та ресурсозберігаюче покриває, проте в більшості випадків потрібна подальша обробка різанням. «Симультанне покриття та роликове шліфування» (SCaRB) поєднує EHLA з роликовим шліфуванням в одному процесі. Поки нанесений шар ще теплий, роликовий інструмент проходить по створеній поверхні, ущільнюючи її пластично та згладжуючи шорсткості.
Таким чином, утворюється щільний, стійкий до тиску поверхневий шар з високою якістю поверхні без зносу та без додаткової обробки.
«Це економить час, інструменти та матеріали», пояснює Глушич переваги. «Одночасно SCaRB може цілеспрямовано впливати на структуру та власні напруження. Це покращує стійкість до зносу та корозії і підвищує втомостійкість покритих компонентів.» На Formnext Fraunhofer ILT демонструє демонстратор EHLA-Rollieren, який наочно показує комбіноване управління процесом.
PFAS-вільні багатоматеріальні покриття
Окрім чистих металевих шарів, також можуть бути нанесені багатошарові покриття з різнорідних матеріалів. Тут процес EHLA для металевих шарів поєднується з нанесенням шару PEEK для виготовлення функціональних композитних шарів. PEEK є безфторним високопродуктивним полімером і привабливою альтернативою покриттям на основі PFAS.
«Новизна полягає в використанні залишкового тепла з процесу EHLA для подальшого плавлення депонованого шару PEEK. Для цього використовується технологія сопел, розроблена в Інституті Фраунгофера ILT, яка забезпечує однорідне нанесення. Ця гібридна система покриттів об'єднує властивості двох індивідуально налаштованих функціональних шарів», пояснює Ребар Хама-Салех Абдулла, науковий співробітник Інституту Фраунгофера ILT.
Металева EHLA-плівка може використовуватися як захисний шар від корозії (наприклад, у поршнях), як аварійний шар (наприклад, у вітрових електростанціях) або як теплопровідний проміжний шар. Нанесений на неї шар PEEK служить, залежно від добавок, як антифрикційний шар, ковзний шар або як додатковий захист від корозії. «Адгезійна міцність між металом і полімером досягається за рахунок зацеплення пластика з навмисно створеною шорсткою поверхнею в процесі EHLA», - зазначає доктор Крістіан Веддер, керівник відділу поверхневої технології та формоутворення в Fraunhofer ILT.
Друковані сенсори, інтелектуальні компоненти
У адитивному виробництві деталі створюються шар за шаром. Таким чином, стають доступними області, які недоступні ззовні. На цьому базується підхід, що полягає у вбудовуванні сенсорів безпосередньо в металеві деталі, наприклад, надрукованих тензодатчиків у деталях LPBF. Сенсорні шари створюються за допомогою струйного друку, аерозольного струменевого друку або тамподруку; їх можна наносити під час або після виготовлення та точно розміщувати. Так виготовлені смарт-деталі, наприклад, надають дані в реальному часі про навантаження, деформацію або початок утворення тріщин.
«Ці сенсори розташовані саме там, де дані приносять найбільшу користь, навіть у зонах, які були б недоступні для традиційного виробництва», підкреслює доктор Самуель Моріц Фінк, керівник групи з тонкоплівкових технологій у Fraunhofer ILT. «Це дозволяє здійснювати моніторинг стану під час експлуатації, прогнозне обслуговування та підвищує експлуатаційну безпеку. Одночасно зменшується складність системи, оскільки можна обійтися без окремих конструкцій, кабелів або зовнішніх вимірювальних точок. Цільові галузі охоплюють від авіації та космонавтики до енергетики та машинобудування.»
Проблемні вирішувачі та розробники процесів
Центральні виклики для компаній у металевому адитивному виробництві полягають у високих витратах на одиницю продукції, складній розробці застосувань та кваліфікації або сертифікації процесів для серійного виробництва. Саме тут вступає в дію портфоліо Fraunhofer ILT. Воно виявляє вузькі місця, розробляє стабільні процеси та швидко впроваджує застосування у виробництво від першого функціонального зразка до надійного виробництва у клієнта.
«Нові матеріали є ключем до того, щоб особливі переваги SLS, а саме максимальна свобода дизайну та свобода від підтримуючих структур, стали доступними в дедалі більшій кількості галузей. За допомогою наших модифікованих машин ми можемо ефективно кваліфікувати ці матеріали і таким чином подолати проблему курки та яйця в промислових установках», - пояснює Вера Ротмунд з групи розробки застосувань у Fraunhofer ILT.
«У Fraunhofer ILT ми вважаємо себе партнерами промисловості: ми розробляємо індивідуальні процеси та технології, щоб спільно з компаніями вирішувати центральні виклики у металевому 3D-друці – від продуктивності до забезпечення якості та економічності», - говорить доктор Томас Шопфховен, керівник відділу лазерного наплавлення у Fraunhofer ILT.
Fraunhofer ILT на Formnext 2025 на спільному стенді Fraunhofer D31 у залі 11.
Контакт:
