強大的歐洲制造背后，年研發經費超過150億的Fraunhofer如何發揮(2)
設備、軟件、材料、工藝…全面開花的3D打印
Arntz博士介紹說，Fraunhofer在粉末床激光融化的加工工藝以及材料方面正在進行一系列的創新，目前不少經過粉末床激光融化技術加工出來的產品的致密度高于鑄造，有些情況下產品的金相結構優于鑄造帶來的結果。針對于多激光束加工技術，Fraunhofer目前還在探索在不使用振鏡的情況下，將激光束集成到一列中，通過快速的軸向移動來實現粉末融化路徑的激光掃描工作。
3D打印業界很多人對于Fraunhofer推出的入門級粉末床激光融化設備感到印象深刻。之前，Fraunhofer和亞琛應用技術大學的Goethelab聯手推出一個新的入門級金屬3D打印機，僅售3萬歐元。Arntz博士介紹說之所以是入門級的設備，這款設備并不是用于生產領域的，不帶振鏡，速度不如工業級的粉末床激光融化設備快，這款設備用來滿足教學、實驗和一些普通的需求。Fraunhofer研究機構和亞琛大學提供一個全面的服務包，包括在3D打印過程中各個階段的支持和培訓。
圖片：Fraunhofer入門級金屬3D打印機，來源：Fraunhofer
筆者看到，入門級的設備是Fraunhofer為普及金屬3D打印的一個嘗試，而Fraunhofer的主要精力用在前沿技術的研發上。不僅僅Arntz博士所在的Fraunhofer IPT在研究金屬3D打印技術，Fraunhofer ILT的研究人員還開發了用于涂層和修復金屬部件的增材制造方法-EHLA超高速激光材料沉積技術。EHLA工藝在效率和速度方面均優于現有的抗腐蝕和耐磨損涂層保護方法。Fraunhofer可以在短時間內使用EHLA技術在大面積的零部件上沉積十分之一毫米的薄層，并且節約資源，加工過程具有經濟性。
圖片：Fraunhofer的EHLA技術，來源：Fraunhofer
不僅如此，Fraunhofer還在軟件領域有著自己專門的業務部門，針對當前缺乏足夠的對3D打印產品的質量檢測與測試手段，Fraunhofer IGD計算機圖形學研究所開發了新的仿真模擬軟件，將有助于預測和捕捉缺陷，并引導用戶走向潛力的個性化大規模生產解決方案。核心是基于數學算法。通過基于物理的仿真模型推導加工過程，根據那些限定條件，Fraunhofer軟件計算內部應力的分布和絕對值，可以判斷零件的質量是否穩定。Fraunhofer仿真軟件將使得生產的質量更加可預測可控制，減少設計師來來回回試錯的成本，節約設計時間并減少制造浪費。
圖片：Fraunhofer質量控制仿真軟件，來源：Fraunhofer
Arntz博士表示，Fraunhofer在3D打印領域從打印設備的研究到材料以及打印工藝的研究可以說是涉獵廣泛，不僅僅在金屬3D打印領域多有建樹，Fraunhofer在塑料、陶瓷、硬質合金等領域進行著積極的研究。在塑料領域，當前的3D打印技術多集中在工程塑料的3D打印，而對于用于注塑工藝最常用的通用塑料，例如ABS來說卻并沒有最合適的解決方法，這極大的限制了塑料3D打印真正意義上與注塑競爭。此外，由于3D打印是一層一層來實現的，如果實現層與層之間的分子之間的融合程度與每層的分子之間的融合程度相同，這也是這一技術所面臨的挑戰。
Fraunhofer研發了一種可打印的材料是陶瓷或金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時就會融化成為液體。在打印過程中，打印機的電性溫度熔化了粘合劑，并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點對點逐漸打印出來。這種工藝不僅可以打印骨科植入物、假牙、手術工具等醫療產品，還可以打印微反應器這樣非常復雜、微小部件。
圖片：Fraunhofer打印的陶瓷制品，來源：Fraunhofer
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