在亞琛弗勞恩霍夫激光技術研究所Fraunhofer ILT的領導下，“futureAM – 新一代增材制造”是于2017年11月推出的，旨在將金屬部件的增材制造加速至少10倍。重點呈現從訂單到完成金屬3D打印組件的數字和物理增值的整體視圖，目標是向增材制造的新一代技術邁進。在亞琛Fraunhofer ILT的領導下，另外五個Fraunhofer研究所（IWS，IWU，IAPT，IGD和IFAM）正在參與該項目。 本期，一起來領略Fraunhofer IWS研究所在通過增材制造下一代材料方面的進展。

提升技術極限，實現更強大的材料

Fraunhofer IWS工程師基于對材料技術以及激光加工的強大理解，建立了增材制造領域加工技術與材料的相關性。在Fraunhofer燈塔項目“ futureAM-下一代增材制造”的框架內，Fraunhofer IWS的科學家們正以很高的采樣率記錄大量傳感器數據以提升對加工過程的理解，創造更多更神奇的材料。

Fraunhofer IWS工程師基于對材料技術以及激光加工的強大理解，建立了增材制造領域加工技術與材料的相關性。在Fraunhofer燈塔項目“ futureAM-下一代增材制造”的框架內，Fraunhofer IWS的科學家們正以很高的采樣率記錄大量傳感器數據以提升對加工過程的理解，創造更多更神奇的材料。

人工智能成就超合金

Fraunhofer IWS的專家通過“人工智能”（AI）和“機器學習”的先進方法來提升對加工過程的理解，由Fraunhofer IWS圖像處理和數據管理工作組進行研究。通過人工智能，可以找到這些數據泛洪中的隱藏聯系。

例如，特殊的分析算法將測得的傳感器值與研究所的粉末數據庫聯系起來，并評估進一步的工藝參數。根據3D科學谷的了解，機器逐漸學習如何做出自己的決定。例如，可以自主確定是否可以容忍激光熔覆增材制造過程中溫度的輕微升高，還是必須在導致整個組件的加工出現質量缺陷之前立即采取對策。

飛機發動機最能夠說明對更強大的材料需求這一前景的示例：如果大多數材料在1200度左右的溫度下還沒有失效，它們可以在更高的溫度下更高效地工作。誠然，有些材料可以承受如此高的溫度，但它們的成本非常高，并且難以使用傳統方法進行處理。

增材制造旨在解決這一難題，通過3D打印技術可以幫助實現更具成本效益的高性能材料。使用激光熔覆技術，可以以精確可調的進給速度同時或連續的將不同粉末送入加工區域。

通常采用單一材料設計飛機發動機整個組件不是很有效，因為組件不會在所有點上都受到相同的熱量。最好只在溫度很高的地方使用昂貴的高電阻材料，在其他地區，使用較便宜的材料就足夠了。這正是增材制造系統可以實現的，一旦人工智能學會了加工所需的超合金，下一步是將各種高性能材料整合到一個組件中。

在“ futureAM-下一代增材制造”聯合項目中，Fraunhofer IWS和其他五個Fraunhofer研究所正在匯集這項技術和更多專業知識，以將增材制造推向新的高度。到2020年夏季，他們希望將其所有專業知識整合到增材制造工藝鏈中，并在實際組件中進行展示。

提高飛機發動機效率

現代飛機發動機的燃燒室在燃燒過程中產生的溫度超過2，000開爾文。該值比所用材料的熔化溫度高數百度，所以必須對熱負荷較高的組件的某些區域進行冷卻，并在內部和外部配備特殊的隔熱涂層。考慮到飛機著陸后，發動機再次迅速冷卻。加熱和冷卻的不斷變化給發動機中的組件施加了巨大的壓力。

Fraunhofer IWS研究所開發了激光加工的微結構，這些結構延長了熱障涂層的壽命，并有助于顯著減少燃油的消耗和污染物的排放。Fraunhofer IWS技術的核心通過增材制造的微結構用于在渦輪機部件上構建創新的熱障涂層（TBC），并確保將金屬、抗氧化的粘合促進劑層和陶瓷絕緣層高度貼合在一起。

Fraunhofer IWS研究人員解決了在組件快速膨脹和收縮期間發生的另一個問題。膨脹在絕緣層中產生機械應力，根據3D科學谷的了解，該機械應力是由材料的不同膨脹度引起的。這可能導致陶瓷層出現水平裂紋，隨后可能剝落。Fraunhofer IWS研究人員開發的微結構特別地在陶瓷層中引發了垂直分割裂紋，這減小了材料中的拉應力，從而防止了可怕的水平裂紋的形成。

為了產生花絲微結構，研究人員需要進一步開發現有的生產技術。高精度單模光纖激光器可產生低至30微米數量級的微結構。除了實驗之外，Fraunhofer IWS所使用的仿真和理論模型也對成功起到了重要作用。新技術可以進一步提高噴氣發動機的效率，同時提高燃燒溫度。更有效的燃燒可將燃料消耗降低百分之十，并減少溫室氣體排放。結合其他措施，每年可節省大量成本。

根據3D科學谷的了解，來自Fraunhofer IWS的研究人員和工程師的聯合團隊已成功地將研究工作轉移到了符合航空業嚴格安全標準的可投入生產的制造中，獲得了歐洲航空安全局（EASA）的航空批準。自2018年2月以來，使用該技術的發動機已在空中客車A350-1000的長途飛機中使用。Fraunhofer的專家預計，將來其他噴氣發動機也將配備創新的IWS研究所開發的此項增材制造技術。

合作伙伴-ACAM為增材制造復雜挑戰導航

亞琛Fraunhofer ILT是futureAM項目的主導單位，在2015年，以亞琛Fraunhofer ILT， 亞琛Fraunhofer IPT，亞琛工業大學為基礎的亞琛增材制造中心ACAM成立，通過ACAM聚集亞琛的資源以及應用端的需求，從而進一步推動行業發展。目前有超過100多名科研人員從事增材制造的科研，解鎖增材制造復雜奧秘，ACAM集中亞琛的優勢資源推動增材制造認證、聯合研發、培訓教育、產業孵化等多方面的發展。

ACAM為增材制造復雜挑戰導航，視頻中ACAM的兩位直接領導人Schleifenbaum教授來自亞琛Fraunhofer ILT和亞琛工業大學DAP學院主席，Arntz博士來自亞琛Fraunhofer IPT，他們同時是ACAM中國董事。
? ? ? 責任編輯：tzh