Makino 联手德国弗劳恩霍夫，将超高速激光熔覆技术“嫁接”到五轴 CNC 平台

2024年7月4日，南极熊获悉，总部位于日本的全球知名机床制造商Makino公司和弗劳恩霍夫激光技术研究所 (Fraunhofer ILT)正在展开合作，计划使用 EHLA 和 EHLA3D 重新定义增材制造的界限。通过将超高速激光熔覆技术（EHLA3D）集成到五轴 CNC 平台中，他们开发了一种能够使用高强度材料高效生产、涂层或修复复杂几何形状的工艺。此次合作缩短了关键行业的生产时间并延长了零件寿命，同时为循环经济的未来创新奠定了基础。

激光技术在制造业中发挥着核心作用，尤其是在增材制造领域。在此背景下，FraunhoferILT和Makino希望将EHLA3D技术“嫁接”转移到五轴 CNC 平台上。然而，要做到这一点，必须开展运动学研究，以使加工头能够快速动态地移动以进行 EHLA3D 工艺。

这样就可以灵活地加工各种几何形状，并且可以使用各种各样的材料涂覆组件。最初，项目合作伙伴只考虑增材制造，但需要修复的目标主体很快就出现了。ILT激光金属沉积（LMD）方向的项目组长Min-Uh Ko 说：“维修非常令人兴奋。许多昂贵的部件都必须更换，即使是轻微的缺陷。像Makino提供的带有旋转和倾斜工作台的灵活系统实际上提供了良好的修复选项，这节省了新产品的成本，避免了运输和交货时间，并最大限度地减少了停机时间。此外，修复主题是未来循环经济的基本先决条件。”

△ILT的 Min-Uh Ko（左）和Makino的 Johannes Finger 博士（右）。图片来源：弗劳恩霍夫激光技术研究所

Makino 在该项目中的任务不仅限于CNC 硬件，还包括过程控制，因为必须完全重新设计。挑战在于从技术上使机器适应高加速度，并优化过程控制和机器运动学，以精确控制激光束与材料之间的相互作用。

Makino新加坡子公司开发的机床有效进给速度高达每分钟 30 米，与传统系统相比，速度非常快。这种速度在加工大型复杂部件时非常有利，因为它可以大大缩短生产时间。技术改进使最终产品始终保持高质量，并提高生产过程的效率，这对于航空航天和工具制造行业的高质量部件尤为重要。

Makino项目经理 JohannesFinger 博士说：“Makino以其高精度 CNC 系统而闻名于世。进军增材制造，尤其是高速 LMD，代表着牧野产品组合的战略扩张。联合开发的五轴 CNC 机器现在使我们能够快速、精确地生产难以焊接的材料（例如高强度钢或碳化物）的复杂几何形状。这是独一无二的。”

联合优化提高效率和精度

Fraunhofer ILT 为该项目贡献了其在激光制造工艺领域的丰富专业知识，并带来了全面的基础设施和专业实验室设施。凭借数十年 LMD 工艺和组件开发经验，该研究所为优化加工各种材料的工艺参数并最终将新技术转让给工业试点客户 toolcraft AG 做出了决定性贡献。这包括调整激光参数、微调粉末进料以及优化CNC 机床的运动控制。

△AML500 加工机。图片来源：Makino

著名材料专家 Min-Uh Ko 说道：“优化热量输入是 EHLA3D 工艺的一个关键方面。进料速率和粉末气体喷射在控制引入材料的热量方面起着至关重要的作用。通过调整进料速率和粉末质量流量，我们可以精确控制热量输入，减少热影响区，并确保涂层质量均匀。”

Johannes Finger 说道：“通过使用高进料率和优化的粉末进料，我们可以在保持相同甚至更高精度的情况下显著提高材料应用效率。因此，HS-LMD 的堆积率可以显著提高，从而提高生产过程的整体效率。”

高性能部件的修复和涂层

该项目的目标之一是对正常运行期间承受高负荷的高质量工具和机器零件进行维修和保养。合作伙伴能够通过改进的 EHLA3D 技术实现这一目标。此外，EHLA3D 技术还成功用于涂层磨损部件，从而显著提高了这些部件的使用寿命。由于现在可以精确高效地涂覆耐磨涂层，EHLA3D 已成为延长采矿和重工业等各个行业部件使用寿命的经济高效的解决方案。

Makino 能够如此迅速地将结果应用于新型 AML 500 加工机，这一事实一方面表明了机器制造商 CNC 系统的灵活性。另一方面，实际应用也表明 EHLA3D 技术不仅仅是一个理论概念，而是一项先进、强大且适用于工业的技术，在成本、效率和性能方面具有显著优势。工业客户与 Fraunhofer ILT 之间的合作带来了制造技术的切实改进，远远超出了实验室环境。

未来发展的一个关键方面将是确定和验证 EHLA3D 工艺的新应用领域。由于可处理的材料系统变得如此灵活，这种扩展的 EHLA 工艺现在可以转移到通常无法研究的应用，因为 LMD 工艺有这样的局限性。这尤其适用于多材料系统的应用和精细结构的打印。