在許多工業(yè)工藝中，線材用作增材材料來構(gòu)建或修復(fù)零部件。線材易于處理、使用安全且可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)輸送。它通常比粉末更具成本效益，并且某些合金僅以線材形式提供。然而，基于線材的沉積頭傳統(tǒng)上比基于粉末的沉積頭更復(fù)雜、更重。這使得其使用要求更高，尤其是當(dāng)沉積頭需要沿工件輪廓移動(dòng)時(shí)。

目前，德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT）與法國Cailabs公司正在擴(kuò)大雙方在基于線材的激光沉積領(lǐng)域的合作。Cailabs貢獻(xiàn)了基于其多平面光轉(zhuǎn)換（MPLC）技術(shù)的Canunda-DED工藝頭。這種同軸光束整形原理能夠以可控且可重現(xiàn)的方式，將激光能量分布在焊絲周圍。這使得即使在較高功率水平下，也能精確控制能量輸入。

在此基礎(chǔ)上，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所開發(fā)合適的工藝參數(shù)，并針對(duì)不同工業(yè)領(lǐng)域的各種應(yīng)用對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。精確的光束輪廓支持能量向焊絲的穩(wěn)定輸入。即使在需要精細(xì)輪廓或局部材料堆疊的情況下，也能實(shí)現(xiàn)均勻沉積。

面向工業(yè)應(yīng)用的緊湊型工藝頭

此次合作的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)總重量低于五公斤的緊湊型沉積頭，重量輕巧，足以直接安裝在機(jī)器人臂上，并能順暢地集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。同時(shí)，合作雙方計(jì)劃實(shí)現(xiàn)超過12kW激光功率水平的應(yīng)用能力。這將支持更大尺寸部件的修復(fù)和構(gòu)建，并有助于縮短加工時(shí)間。

Cailabs首席執(zhí)行官Jean-François Morizur表示：“在Cailabs，我們致力于基于核心光束整形技術(shù)，開發(fā)具有強(qiáng)大工業(yè)影響力的產(chǎn)品。我們相信，與弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的合作將充分展示我們的技術(shù)在先進(jìn)制造領(lǐng)域的潛力。”

工藝知識(shí)與精確光束形狀的結(jié)合

在許多工業(yè)應(yīng)用中，例如渦輪機(jī)或工具修復(fù)，需要非常微小和精確的結(jié)構(gòu)。借助新的光束輪廓和弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的工藝專長，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)寬度低于1毫米的結(jié)構(gòu)，這是邁向精確修復(fù)和高分辨率混合制造的重要一步。

弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所激光材料沉積部門負(fù)責(zé)人Thomas Schopphoven博士表示：“我們已經(jīng)為航空航天、能源系統(tǒng)和工具制造等關(guān)鍵應(yīng)用開發(fā)了基于線材的沉積工藝。這些經(jīng)驗(yàn)將直接應(yīng)用于過程控制、材料選擇和熔池動(dòng)力學(xué)分析中。”

Schopphoven領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)目前正在使用基于物理的模擬，為不同的加工場景定義參數(shù)窗口。這包括針對(duì)不同材料，調(diào)整送絲速度、焊絲直徑、激光功率和導(dǎo)向策略。與此同時(shí)，機(jī)器人引導(dǎo)的系統(tǒng)環(huán)境也正在搭建中，Canunda-DED工藝頭將在此環(huán)境中進(jìn)行測試。

為機(jī)器人臂帶來新的自由度

總部位于雷恩的Cailabs公司是先進(jìn)激光光束整形領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)之一。其MPLC技術(shù)使用多個(gè)相位整形平面來形成穩(wěn)定且可重現(xiàn)的光束輪廓。該方法在光束質(zhì)量至關(guān)重要的領(lǐng)域（如航空航天、光通信和工業(yè)激光加工）已證明其有效性。它具有低損耗、堅(jiān)固耐用且在高功率水平下依然穩(wěn)定的特點(diǎn)。

由于新型沉積頭結(jié)構(gòu)緊湊，可以直接安裝在機(jī)器人臂上。這開啟了新的可能性：機(jī)器人和生產(chǎn)系統(tǒng)可以進(jìn)入以前使用較大型、固定式沉積頭難以到達(dá)的區(qū)域，例如在修復(fù)小型部件或內(nèi)部輪廓時(shí)。

之后，雙方將準(zhǔn)備系統(tǒng)試驗(yàn)，重點(diǎn)在于協(xié)調(diào)光束輪廓、送絲和導(dǎo)向策略，以實(shí)現(xiàn)在連續(xù)使用下的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，他們還將為實(shí)際工業(yè)應(yīng)用案例（例如復(fù)雜幾何形狀部件的修復(fù)或精細(xì)邊緣的構(gòu)建）做準(zhǔn)備。

AKL—國際激光技術(shù)大會(huì)

第15屆AKL—國際激光技術(shù)大會(huì)將于4月22日至24日在德國亞琛舉行，屆時(shí)將展示激光技術(shù)領(lǐng)域的最新前沿進(jìn)展。本次大會(huì)匯集了來自工業(yè)界和研究領(lǐng)域的專家，共同探討生產(chǎn)用激光技術(shù)的當(dāng)前議題與趨勢。作為會(huì)議議程的一部分，Cailabs公司將貢獻(xiàn)一場技術(shù)演講。

作者：Thomas Schopphoven（弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所激光材料沉積部門負(fù)責(zé)人）

來源：榮格-《國際工業(yè)激光商情》

原創(chuàng)聲明：
本站所有原創(chuàng)內(nèi)容未經(jīng)允許，禁止任何網(wǎng)站、微信公眾號(hào)等平臺(tái)等機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)載、摘抄，否則榮格工業(yè)傳媒保留追責(zé)權(quán)利。任何此前未經(jīng)允許，已經(jīng)轉(zhuǎn)載本站原創(chuàng)文章的平臺(tái)，請立即刪除相關(guān)文章。