Fraunhofer IPT开发线材和粉末同时加工的混合增材制造工艺

位于亚琛的弗劳恩霍夫生产技术研究所 IPT 的一个研究团队开发了一种混合增材制造工艺，该工艺将线材和粉末基激光沉积焊接 (LMD) 相结合。使用新工艺，可以在工件上涂覆由高强度工具钢制成的保护层，并且可以经济高效地修复表面缺陷。以这种方式生产的刀具涂层比使用其他方法生产的刀具涂层更耐磨、更节约资源和更具成本效益。在对工具部件进行一系列成功测试后，计划使用该工艺加工液压部件。

©弗劳恩霍夫IPT

在 Fraunhofer IPT 测试的线材和粉末的组合导致材料硬度增加高达 30%。

激光沉积焊接 (LMD) 等增材制造工艺用于制造部件或在本地优化它们。使用 LMD，激光束聚焦在元件表面；与此同时，一种额外的材料——通常是粉末或金属丝的形式——被送入并熔化。LMD 非常适合在频繁使用的组件上施加保护层、修复损坏区域以及即使在短时间内更改工件的几何形状。  

线和粉的组合灵活且便宜

在最近完成的研究项目“MatLaMeD”中，来自Fraunhofer IPT的科学家团队及其国际项目合作伙伴开发了一种激光沉积焊接的混合变体，其中线材和粉末同时加工。通过将粉末形式的硬质材料颗粒添加到线材中，该团队首次成功地有针对性地设置了重要的材料特性，例如应用层的硬度和韧性。此外，该工艺比纯粉末工艺更具成本效益，并且比纯金属丝工艺具有更大的材料灵活性。

满足不同要求的个性化材料组合

为了确定适合不同应用的最佳材料组合，科学家们测试了多种材料。作为实际测试系列的线材，他们最终选择了结构稳定性好的热作钢和易于焊接的低合金钢。作为粉末材料，他们使用铬 (Cr) 作为碳化物形成和晶粒细化元素，使用碳化钛 (TiC) 作为测试系列中的硬质相。

硬度增加高达 30%

通过将金属丝和粉末相结合，研究人员能够针对每种应用灵活调整材料成分。添加粉末材料可以有针对性地改变工具钢的微观结构并提高涂层的硬度：即使添加少量碳化钛也能提高硬度高达 30百分。“通过新工艺，我们现在可以对不同的热、化学和机械负载做出快速灵活的反应，因为我们可以精确调整韧性和硬度，”项目经理 Marius Gipperich 说。据亚琛科学家称，新工艺是最大限度减少表面磨损并显着延长部件使用寿命的完美工具。

计划用于加工液压元件的测试系列

“MatLaMeD”项目的积极成果为研究人员提供了进一步开发新方法的基础，以开发具有特殊性能的其他材料系统。此外，他们计划在各种应用领域使用混合 LMD 工艺，例如加工成型工具或处理液压元件上的摩擦磨损层。

研究人员目前正在测试在生产渐变层系统时使用混合 LMD 工艺的可能性。为此，他们希望尽可能增加材料混合物中的碳化钛含量。由于碳化钛会产生高内应力，这会增加焊接过程中开裂的可能性，因此亚琛研究团队希望逐层单独调整 TiC 含量。

“MatLaMeD - 混合激光沉积焊接新工艺的开发”项目由联邦教育和研究部 (BMBF) 资助，作为“未来生产、服务和工作创新”资助计划的一部分。