Selon Greenstone-TechL'Institut Fraunhofer de technologie laser (Fraunhofer ILT) a développé le ehla La technologie de dépôt de matériaux par laser à très haute vitesse (Extreme High-Speed ​​Laser Material Deposition) est considérée comme une solution efficace et respectueuse de l'environnement. ehla offre des avantages considérables en matière de durabilité, notamment pour le revêtement de composants métalliques soumis à des contraintes extrêmes, qui doivent être protégés contre la corrosion et l'usure. Aujourd'hui, ehla La technologie a été modernisée et les scientifiques de Fraunhofer ILT, en collaboration avec leur partenaire Ponticon, ont mis au point le procédé breveté désormais connu sous le nom de EHLA 3D, visant à faire progresser ses applications dans le secteur manufacturier.

Rechargement laser de composants métalliques critiques dans des conditions extrêmes

Les composants métalliques sont souvent exposés à des conditions extrêmes, notamment dans les secteurs de l'aérospatiale, des plateformes pétrolières offshore, des machines pour l'industrie charbonnière, des bobines de papier, des vérins hydrauliques et des disques de frein automobiles. Ces pièces nécessitent des revêtements spécifiques pour les protéger de la corrosion et de l'usure prématurée. Grâce aux progrès technologiques, la demande du marché pour la réparation de ces composants a fortement augmenté. Cette demande vise à réduire les délais de production pour des réparations ou une fabrication personnalisées et performantes, tout en maîtrisant les contraintes de prix.

Cependant, aucun procédé conventionnel ne répondait jusqu'alors à ces normes. Les procédés existants étaient soit inflexibles, soit inefficaces, soit économiquement insuffisants pour appliquer des couches métalliques minces de haute qualité, liées métallurgiquement, sur les surfaces des composants. procédé de chromage dur n’a été approuvé dans l’UE que depuis septembre 2017 en raison des dommages environnementaux causés par le dépôt électrochimique de chrome (VI) toxique.

Technologie EHLA : une alternative révolutionnaire

Pour combler cette lacune, les scientifiques de Fraunhofer ILT ont mis au point un procédé de revêtement alternatif : ehla (Dépôt de matériaux par laser à très haute vitesse). ehla Elle est utilisée dans les secteurs industriels depuis 2015, notamment pour la fabrication de revêtements.

Base idéale pour le développement futur

Par rapport aux méthodes traditionnelles, ehla Les scientifiques de l'institut Fraunhofer ILT ont obtenu d'excellents résultats dans plusieurs domaines clés, notamment la vitesse d'alimentation et l'épaisseur de dépôt. En 2017, ils ont reçu le prestigieux prix Prix ​​Joseph von Fraunhofer pour leur développement de ehlaCette technologie a considérablement augmenté la vitesse d'avance pour le traitement de surface lors du dépôt de matériaux par laser traditionnel, la faisant passer de 0.5 mètre par minute à 2 mètres par minute, voire jusqu'à 50 à 500 mètres par minute. De ce fait, la vitesse de revêtement a été multipliée par 100 à 250, permettant l'application de couches nettement plus fines.

L'un des principaux avantages réside dans le faible apport de chaleur. Dans le dépôt de matériaux par laser traditionnel, le matériau de remplissage en poudre est fondu directement sur la surface du composant dans un bain de fusion relativement important, ce qui modifie de façon permanente les propriétés du matériau et consomme beaucoup d'énergie. En revanche, ehla Ce procédé consiste à faire fondre des particules de poudre solide directement dans l'air. Elles atteignent la surface à l'état liquide sans fusion supplémentaire grâce à un apport d'énergie élevé. Il en résulte une zone affectée thermiquement (ZAT) de seulement cinq à dix microns, contre une ZAT beaucoup plus large pour les procédés conventionnels.

Cette avancée majeure permet l'assemblage et le traitement de matériaux métallurgiquement incompatibles et thermosensibles, tels que l'aluminium et le titane. La surface des composants est globalement beaucoup plus lisse, avec une rugosité dix fois inférieure à celle obtenue par les méthodes de dépôt traditionnelles. Ceci constitue une base idéale pour les développements futurs.

Fabrication additive de nouvelle génération avec EHLA 3D

En principe, ehla Elle convient à tous les objets à symétrie de révolution pouvant être traités sur des systèmes de mouvement de rotation à grande vitesse, mais lorsque des vitesses extrêmement élevées combinées à une haute précision sont atteintes, cette technologie peut être appliquée à des domaines encore plus vastes.

Depuis 2017, l'équipe de Fraunhofer ILT développe une nouvelle génération de procédés : EHLA 3D, qui intègre l'innovation ehla L'objectif principal de la recherche est d'identifier les exigences spécifiques des systèmes qui doivent répondre aux impératifs de vitesse et de précision extrêmement élevées afin de combiner ces technologies. ehla avec l'impression 3D à grande vitesse.

EHLA 3D Cette technologie permet non seulement le traitement de surfaces de forme libre, mais offre également plusieurs avantages uniques : vitesse de fabrication élevée, grande flexibilité, diversité des matériaux et haute précision. Dans un avenir proche, elle permettra aux industries de produire en série, facilement et à moindre coût, des structures complexes, avec la possibilité de réaliser des composants personnalisés.

Premier prototype et développement futur

Le premier prototype de ce système a été lancé avec succès en 2019 en collaboration avec Ponticon À Wiesbaden, en Allemagne, un prototype a été conçu. Ce système repose sur un principe de déplacement tripode, utilisant une structure à trois moteurs linéaires reliés à la plateforme de construction par des tiges. La pièce à usiner se déplace sur cette plateforme. Son fonctionnement est similaire à celui d'un train à sustentation magnétique : la structure spéciale compense les forces d'inertie, permettant ainsi à la plateforme de se déplacer très rapidement et avec précision, sans vibrations significatives. Le système peut actuellement traiter des composants pesant jusqu'à 25 kilogrammes, avec une accélération gravitationnelle pouvant atteindre cinq fois sa vitesse initiale et une vitesse maximale de 200 mètres par minute, tout en conservant une haute précision de 100 microns.

Pour rendre le EHLA 3D Afin de rendre ce procédé accessible à un large éventail d'utilisateurs industriels, l'institut Fraunhofer ILT mène actuellement des recherches ciblées pour maîtriser la complexité du système. Ces recherches portent notamment sur les concepts de surveillance des procédés et les outils de planification automatisée des trajectoires. Lors du développement du procédé, une coordination précise de tous les paramètres est indispensable : vitesse, puissance du laser et volume de poudre, en fonction de la combinaison de matériaux traitée.

L'impact d'EHLA 3D sur l'industrie manufacturière

EHLA 3D élargit considérablement l'éventail des possibilités de production et de traitement des composants, rendant le processus beaucoup plus efficace et respectueux de l'environnement. Actuellement, dans le cadre d'un projet industriel mené à Centre international de fabrication de turbomachines (ICTM)Plusieurs entreprises renommées des secteurs de l'aérospatiale et des turbomachines expérimentent actuellement avec EHLA 3D technologie de traitement. Les projets de recherche de suivi de Fraunhofer ILT ont été soumis pour financement en 2022, avec des projets conjoints bilatéraux et financés par le gouvernement supplémentaires prévus.

Conclusion

En conclusion, EHLA 3D a révolutionné les secteurs de la fabrication additive et de la réparation, offrant une solution novatrice pour la création de revêtements métalliques haute performance avec rapidité, précision et respect de l'environnement. Son intégration avec revêtement laser Ces technologies ont le potentiel de transformer considérablement les industries nécessitant des réparations de composants durables et précises, notamment l'aérospatiale et la fabrication de turbines. EHLA 3D Le système, en devenant plus accessible et perfectionné, devrait devenir un outil clé dans l'avenir de la fabrication, offrant aux entreprises des solutions rentables et de haute qualité.