Według Greenstone-Tech, Instytut Technologii Laserowej Fraunhofera (Fraunhofer ILT) opracował technologię EHLA (Extreme High-Speed Laser Material Deposition), która jest uważana za rozwiązanie wydajne i przyjazne dla środowiska. EHLA oferuje znaczące korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju, szczególnie w przypadku powlekania elementów metalowych narażonych na ekstremalne obciążenia, które muszą być chronione przed korozją i zużyciem. Obecnie EHLA Technologia została zmodernizowana, a naukowcy z Fraunhofer ILT, we współpracy ze swoim partnerem Ponticon, opracowali opatentowany proces znany obecnie jako EHLA 3D, mający na celu rozwój jego zastosowań w produkcji.

Napawanie laserowe krytycznych elementów metalowych w ekstremalnych warunkach

Elementy metalowe są często narażone na ekstremalne warunki, takie jak te stosowane w przemyśle lotniczym, morskich platformach wiertniczych, maszynach węglowych, rolkach papieru, cylindrach hydraulicznych lub samochodowych tarczach hamulcowych. Części te wymagają specjalistycznych powłok chroniących materiał przed korozją i szybkim zużyciem. Wraz z postępem technologicznym wzrosło zapotrzebowanie rynku na naprawę tych komponentów. Zapotrzebowanie to koncentruje się na skróceniu czasu produkcji w przypadku spersonalizowanych, wysokowydajnych napraw lub produkcji komponentów, przy jednoczesnym sprostaniu znacznej presji cenowej.

Jednak żaden konwencjonalny proces nie spełniał wcześniej tych standardów. Istniejące procesy były albo nieelastyczne, nieefektywne, albo ekonomicznie niewystarczające do nakładania wysokiej jakości metalurgicznie związanych cienkich warstw metalu na powierzchnie komponentów. The Proces chromowania twardego został zatwierdzony w UE dopiero we wrześniu 2017 r. ze względu na szkody środowiskowe spowodowane elektrochemicznym osadzaniem się toksycznego chromu (VI).

Technologia EHLA: Rewolucyjna alternatywa

Aby wypełnić tę lukę, naukowcy z Fraunhofer ILT opracowali alternatywny proces powlekania: EHLA (Ekstremalnie szybkie laserowe osadzanie materiału). EHLA jest stosowany w sektorach przemysłowych od 2015 r., w szczególności do produkcji powłok.

Doskonała podstawa dla przyszłego rozwoju

W porównaniu do tradycyjnych metod, EHLA w kilku kluczowych obszarach, w tym szybkości posuwu i grubości osadzania. W 2017 r. naukowcy z Fraunhofer ILT otrzymali prestiżową nagrodę Nagroda Josepha von Fraunhofera za ich rozwój EHLA. Technologia ta znacznie zwiększyła prędkość posuwu przy obróbce powierzchni w tradycyjnym laserowym osadzaniu materiału z 0,5 metra na minutę do 2 metrów na minutę, a nawet do 50 do 500 metrów na minutę. W rezultacie prędkość powlekania wzrosła od 100 do 250 razy, a nakładane warstwy są znacznie cieńsze.

Jedną z głównych zalet jest niski pobór ciepła. W tradycyjnym osadzaniu laserowym materiał wypełniający w postaci proszku jest topiony bezpośrednio na powierzchni elementu w stosunkowo dużym roztopionym basenie, trwale zmieniając właściwości materiału i zużywając dużo energii. W przeciwieństwie do tego, EHLA działa poprzez topienie stałych cząstek proszku jeszcze w powietrzu. Osiągają one powierzchnię w stanie ciekłym bez dalszego topienia pod wpływem wysokiej energii. Skutkuje to strefą wpływu ciepła (HAZ) o wielkości zaledwie od pięciu do dziesięciu mikronów, w porównaniu do znacznie szerszej strefy wpływu ciepła w konwencjonalnych procesach.

Ten przełom umożliwia łączenie i przetwarzanie metalurgicznie niekompatybilnych, wrażliwych na ciepło materiałów, takich jak aluminium i tytan. Ogólnie rzecz biorąc, powierzchnia komponentów jest znacznie gładsza, z chropowatością wynoszącą zaledwie jedną dziesiątą chropowatości wytwarzanej tradycyjnymi metodami osadzania. Stanowi to doskonałą podstawę dla dalszych etapów rozwoju.

Produkcja addytywna nowej generacji z EHLA 3D

Zasadniczo, EHLA jest odpowiednia dla wszystkich obrotowo symetrycznych obiektów, które mogą być przetwarzane w szybkich systemach ruchu obrotowego, ale gdy osiągane są ekstremalnie wysokie prędkości w połączeniu z wysoką precyzją, technologia ta może być stosowana w jeszcze szerszym zakresie.

Od 2017 roku zespół Fraunhofer ILT opracowuje procesy nowej generacji: EHLA 3D, który integruje innowacyjne EHLA do szybszych operacji drukowania 3D. Głównym celem badań jest określenie specjalnych wymagań dla technologii systemowej, która musi spełniać wymagania ekstremalnie wysokich prędkości i precyzji w celu połączenia EHLA z szybkim drukiem 3D.

EHLA 3D nie tylko pozwala na swobodną obróbkę powierzchni, ale także oferuje kilka unikalnych zalet związanych z tym procesem: wysoką szybkość budowy, ogromną elastyczność, różnorodność materiałów i wysoką precyzję. W niedalekiej przyszłości technologia ta umożliwi przemysłowi łatwą i opłacalną masową produkcję złożonych struktur, z możliwymi spersonalizowanymi komponentami.

Pierwszy prototyp i przyszły rozwój

Pierwszy prototyp tego systemu został pomyślnie uruchomiony w 2019 r. we współpracy z Ponticon w Wiesbaden w Niemczech. Prototyp ten opierał się na zasadzie ruchu statywu, wykorzystując strukturę z trzema silnikami liniowymi połączonymi z platformą konstrukcyjną za pomocą prętów. Obrabiany przedmiot porusza się po platformie. Działa to podobnie do lewitacji magnetycznej, gdzie specjalna struktura kompensuje siły bezwładności, pozwalając platformie poruszać się bardzo szybko i precyzyjnie bez powodowania znacznych wibracji. System może obecnie przetwarzać komponenty o wadze do 25 kilogramów, z pięciokrotnym przyspieszeniem grawitacyjnym i prędkością do 200 metrów na minutę, zachowując przy tym wysoką precyzję 100 mikronów.

Aby wykonać EHLA 3D Fraunhofer ILT prowadzi obecnie ukierunkowane badania mające na celu zarządzanie złożonością systemu. Główne obszary tych badań obejmują koncepcje monitorowania procesu i zautomatyzowane narzędzia do planowania ścieżek. Podczas opracowywania procesu wymagana jest precyzyjna koordynacja wszystkich parametrów: prędkości, mocy lasera i objętości proszku, w zależności od przetwarzanej kombinacji materiałów.

Wpływ EHLA 3D na branżę produkcyjną

EHLA 3D znacznie rozszerza zakres możliwości produkcji i przetwarzania komponentów, czyniąc proces znacznie bardziej wydajnym i przyjaznym dla środowiska. Obecnie, w ramach projektu przemysłowego w Międzynarodowe Centrum Produkcji Maszyn Wirnikowych (ICTM), Kilka renomowanych firm z branży lotniczej i turbomaszynowej eksperymentuje z tym rozwiązaniem. EHLA 3D technologia przetwarzania. Kolejne projekty badawcze Fraunhofer ILT zostały przedłożone do finansowania w 2022 r., A planowane są dodatkowe wspólne projekty dwustronne i finansowane przez rząd.

Wniosek

Podsumowując, EHLA 3D zrewolucjonizowała sektory produkcji addytywnej i napraw, oferując przełomowe rozwiązanie do tworzenia wysokowydajnych powłok metalowych z szybkością, precyzją i zrównoważeniem środowiskowym. Jego integracja z napawanie laserowe ma potencjał, aby znacząco przekształcić branże wymagające trwałych i precyzyjnych napraw komponentów, w tym przemysł lotniczy i produkcję turbin. Ponieważ EHLA 3D Oczekuje się, że system ten stanie się kluczowym narzędziem w przyszłości produkcji, oferując firmom opłacalne i wysokiej jakości rozwiązania.