Theo Greenstone-Tech, Viện Công nghệ Laser Fraunhofer (Fraunhofer ILT) đã phát triển EHLA Công nghệ (Extreme High-Speed Laser Material Deposition), được coi là một giải pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường. EHLA mang lại những lợi ích đáng kể về tính bền vững, đặc biệt là đối với việc phủ lớp bảo vệ các bộ phận kim loại phải chịu tải trọng cực lớn, vốn cần được bảo vệ khỏi sự ăn mòn và mài mòn. Ngày nay, EHLA công nghệ đã được nâng cấp, và các nhà khoa học của Fraunhofer ILT, phối hợp với đối tác của họ Ponticon, đã phát triển quy trình được cấp bằng sáng chế hiện nay được gọi là EHLA 3D, nhằm thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ này trong lĩnh vực sản xuất.

Phương pháp phủ lớp bằng laser cho các bộ phận kim loại quan trọng trong điều kiện khắc nghiệt

Các bộ phận kim loại thường phải chịu đựng những điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như những bộ phận được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ, giàn khoan dầu ngoài khơi, máy móc khai thác than, trục cuộn giấy, xi lanh thủy lực hoặc đĩa phanh ô tô. Những bộ phận này cần có lớp phủ chuyên dụng để bảo vệ vật liệu khỏi sự ăn mòn và mài mòn nhanh chóng. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ, nhu cầu thị trường về việc sửa chữa các bộ phận này đã tăng lên. Nhu cầu này tập trung vào việc rút ngắn thời gian sản xuất để sửa chữa hoặc chế tạo các bộ phận được cá nhân hóa và có hiệu suất cao, đồng thời vẫn đáp ứng được những áp lực đáng kể về giá cả.

Tuy nhiên, trước đây chưa có quy trình truyền thống nào đáp ứng được các tiêu chuẩn này. Các quy trình hiện có hoặc là thiếu linh hoạt, hoặc kém hiệu quả, hoặc không đủ khả thi về mặt kinh tế để phủ các lớp kim loại mỏng liên kết kim loại chất lượng cao lên bề mặt các bộ phận. quy trình mạ crom cứng chỉ được chấp thuận tại EU kể từ tháng 9 năm 2017 do tác hại môi trường gây ra bởi quá trình lắng đọng điện hóa của crom (VI) độc hại.

Công nghệ EHLA: Một giải pháp thay thế mang tính cách mạng

Để khắc phục điểm yếu này, các nhà khoa học tại Fraunhofer ILT đã phát triển một quy trình phủ thay thế: EHLA (Phương pháp lắng đọng vật liệu bằng laser tốc độ cực cao). EHLA đã được ứng dụng trong các ngành công nghiệp từ năm 2015, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất sơn phủ.

Nền tảng vững chắc cho sự phát triển trong tương lai

So với các phương pháp truyền thống, EHLA đạt kết quả tốt trong một số lĩnh vực quan trọng, bao gồm tốc độ cấp liệu và độ dày lớp phủ. Năm 2017, các nhà khoa học của Fraunhofer ILT đã được trao giải thưởng danh giá Giải thưởng Joseph von Fraunhofer vì những đóng góp của họ trong việc phát triển EHLA. Công nghệ này đã giúp tăng đáng kể tốc độ di chuyển trong quá trình xử lý bề mặt bằng phương pháp lắng đọng vật liệu bằng laser truyền thống, từ 0,5 mét mỗi phút lên 2 mét mỗi phút và thậm chí lên tới 50 đến 500 mét mỗi phút. Nhờ đó, tốc độ phủ đã tăng gấp 100 đến 250 lần, đồng thời cho phép tạo ra các lớp phủ mỏng hơn đáng kể.

Một trong những ưu điểm chính là lượng nhiệt đầu vào thấp. Trong phương pháp lắng đọng vật liệu bằng laser truyền thống, vật liệu bột phụ gia được nung chảy trực tiếp trên bề mặt chi tiết trong một vũng kim loại nóng chảy tương đối lớn, làm thay đổi vĩnh viễn các tính chất của vật liệu và tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Ngược lại, EHLA hoạt động bằng cách làm tan chảy các hạt bột rắn ngay khi chúng còn ở trong không khí. Các hạt này tiếp xúc với bề mặt ở trạng thái lỏng mà không cần tiếp tục nung chảy dưới tác động của nguồn năng lượng cao. Điều này dẫn đến vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ) chỉ từ năm đến mười micromet, so với vùng HAZ rộng hơn nhiều trong các quy trình truyền thống.

Bước đột phá này cho phép kết hợp và gia công các vật liệu không tương thích về mặt kim loại học và nhạy cảm với nhiệt, chẳng hạn như nhôm và titan. Nhìn chung, bề mặt của các chi tiết trở nên mịn màng hơn nhiều, với độ nhám chỉ bằng một phần mười so với các phương pháp phủ truyền thống. Điều này tạo ra nền tảng hoàn hảo cho các bước phát triển tiếp theo.

Công nghệ sản xuất gia công lớp thế hệ mới với EHLA 3D

Về nguyên tắc, EHLA phù hợp với tất cả các vật thể có đối xứng quay có thể được gia công trên các hệ thống chuyển động quay tốc độ cao, nhưng khi đạt được tốc độ cực cao kết hợp với độ chính xác cao, công nghệ này có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực còn rộng lớn hơn nữa.

Kể từ năm 2017, nhóm nghiên cứu của Fraunhofer ILT đã và đang phát triển một thế hệ quy trình mới: EHLA 3D, tích hợp công nghệ tiên tiến EHLA công nghệ vào các quy trình in 3D nhanh hơn. Trọng tâm chính của nghiên cứu là xác định các yêu cầu đặc biệt đối với công nghệ hệ thống, nhằm đáp ứng nhu cầu về tốc độ và độ chính xác cực cao để kết hợp EHLA với công nghệ in 3D tốc độ cao.

EHLA 3D không chỉ cho phép gia công bề mặt tự do mà còn mang lại nhiều ưu điểm độc đáo liên quan đến quy trình này: tốc độ tạo hình cao, tính linh hoạt vượt trội, sự đa dạng về vật liệu và độ chính xác cao. Trong tương lai gần, công nghệ này sẽ giúp các ngành công nghiệp dễ dàng sản xuất hàng loạt các cấu trúc phức tạp với chi phí hợp lý, đồng thời mở ra khả năng tạo ra các bộ phận được cá nhân hóa.

Mẫu thử nghiệm đầu tiên và định hướng phát triển trong tương lai

Mẫu thử nghiệm đầu tiên của hệ thống này đã được ra mắt thành công vào năm 2019, nhờ sự hợp tác với Ponticon tại Wiesbaden, Đức. Nguyên mẫu này dựa trên nguyên lý chuyển động ba chân, sử dụng cấu trúc gồm ba động cơ tuyến tính được kết nối với bệ in thông qua các thanh dẫn. Chi tiết gia công di chuyển trên bệ in. Hệ thống hoạt động tương tự như tàu siêu dẫn từ, trong đó cấu trúc đặc biệt bù đắp cho các lực quán tính, cho phép bệ in di chuyển rất nhanh và chính xác mà không gây ra rung động đáng kể. Hiện tại, hệ thống có thể xử lý các bộ phận có trọng lượng lên đến 25 kg, với gia tốc trọng lực lên đến năm lần và tốc độ lên đến 200 mét mỗi phút, đồng thời duy trì độ chính xác cao 100 micron.

Để làm cho EHLA 3D Để biến quy trình này trở nên dễ tiếp cận với nhiều đối tượng người dùng trong ngành công nghiệp, Viện Fraunhofer ILT hiện đang tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu nhằm giải quyết những thách thức phức tạp của hệ thống. Các lĩnh vực trọng tâm của nghiên cứu này bao gồm các phương án giám sát quy trình và các công cụ lập kế hoạch đường đi tự động. Trong quá trình phát triển quy trình, việc phối hợp chính xác tất cả các thông số là điều cần thiết: tốc độ, công suất laser và lượng bột, tùy thuộc vào sự kết hợp vật liệu đang được xử lý.

Tác động của EHLA 3D đối với ngành công nghiệp chế tạo

EHLA 3D mở rộng đáng kể phạm vi các khả năng trong sản xuất và gia công linh kiện, giúp quy trình trở nên hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn. Hiện nay, trong một dự án công nghiệp tại Trung tâm Quốc tế về Sản xuất Máy tuabin (ICTM), một số công ty nổi tiếng trong ngành hàng không vũ trụ và máy móc tuabin đang thử nghiệm EHLA 3D công nghệ chế biến. Các dự án nghiên cứu tiếp theo của Fraunhofer ILT đã được đệ trình xin tài trợ vào năm 2022, đồng thời cũng có kế hoạch triển khai thêm các dự án hợp tác song phương và các dự án chung do chính phủ tài trợ.

Kết luận

Tóm lại, EHLA 3D đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất gia công và sửa chữa, mang đến một giải pháp đột phá để tạo ra các lớp phủ kim loại hiệu suất cao với tốc độ, độ chính xác và tính bền vững môi trường. Việc tích hợp công nghệ này với phủ lớp bằng laser các công nghệ này có tiềm năng mang lại sự thay đổi đáng kể cho các ngành công nghiệp đòi hỏi việc sửa chữa các bộ phận bền bỉ và chính xác, bao gồm ngành hàng không vũ trụ và sản xuất tuabin. Khi EHLA 3D Khi hệ thống này ngày càng trở nên dễ tiếp cận và hoàn thiện hơn, nó được kỳ vọng sẽ trở thành một công cụ quan trọng trong tương lai của ngành sản xuất, mang đến cho các doanh nghiệp những giải pháp hiệu quả về chi phí và chất lượng cao.