近期,從比爾新(Bilsing)自動(dòng)化公司土耳其子公司傳來(lái)了好消息,弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所及其工業(yè)合作伙伴研發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)——超高速激光材料沉積(EHLA)和新型特殊高質(zhì)量粉末噴嘴(HighNo)正式投入生產(chǎn)線,這也將增強(qiáng)了比爾新公司征服新市場(chǎng)的決心。
自2012年以來(lái),弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所一直在深入研究和開發(fā)超高速激光材料沉積技術(shù)。該沉積技術(shù)是一種用激光熔化位于熔化池上方的粉末顆粒的過(guò)程,快速可靠,適用于25μm-250μm薄層,速度高達(dá)500m/min,節(jié)約資源、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,已經(jīng)被證明是硬鉻電鍍的可靠替代品。從那時(shí)起,超高速激光材料沉積技術(shù)就在不同的領(lǐng)域得到應(yīng)用,征服了眾多工業(yè)部門。
該技術(shù)發(fā)展到今日,最新的亮點(diǎn)是3D超高速激光材料沉積系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,通過(guò)三個(gè)帶有固定激光處理頭的線性動(dòng)器,可以極快速地平行移動(dòng)架構(gòu)臺(tái)。并且,工業(yè)量產(chǎn)時(shí)需要經(jīng)常性更換噴嘴,只有這樣才能讓用戶在安全、精確和可靠的方式下使用超高速激光材料沉積技術(shù)。
在激光材料沉積(LMD)中,根據(jù)不同的應(yīng)用需求使用不同的粉末噴嘴。對(duì)于難以進(jìn)入處理的區(qū)域,采用側(cè)向噴嘴將粉末噴入激光束中。相比之下,同軸粉末噴嘴可以將錐形粉末噴射引導(dǎo)到工件上,按獨(dú)立方向運(yùn)行,特別適合集成自動(dòng)化系統(tǒng),同時(shí)在涂料和增材制造應(yīng)用上也得到了驗(yàn)證。
■帶噴嘴尖端模塊的噴嘴底座(圖片來(lái)源:弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所)
高質(zhì)量粉末噴嘴
盡管如此,超高速激光材料沉積技術(shù)對(duì)粉末輸送噴嘴的質(zhì)量提出了特殊的要求,為了在激光束中熔化顆粒,粉末輸送的軌跡和速度必須被調(diào)到精確的位置。即使是粉末流動(dòng)出現(xiàn)微小偏差,也會(huì)導(dǎo)致不理想的結(jié)果,比如激光處理的材料層層厚不足或表層有缺陷。
為此,弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所和位于亞琛的激光技術(shù)專用光學(xué)公司Harald Dicker公司,共同開發(fā)了一種名為高質(zhì)量粉末噴嘴(HighNo)的同軸噴嘴,噴嘴尖端由銅合金制成并經(jīng)過(guò)了超高精度加工。它能以非常精確的距離將環(huán)形或錐形粉末氣體噴射到工件上?;诓煌膱?chǎng)景應(yīng)用,它能夠?qū)⒎勰﹪娚渚刃侍岣叩?5%。
該同軸粉末噴嘴由噴嘴本身和帶有兩個(gè)圓錐體的一體化粉末噴嘴頭模塊組成。圓錐體部件可引導(dǎo)粉末穿過(guò)內(nèi)錐體和外錐體之間的間隙。由于采用了全新的制造工藝,兩個(gè)圓錐體具有相同的形狀公差,節(jié)省了更換模具時(shí)的調(diào)整時(shí)間。研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),噴嘴的表面必須達(dá)到高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),這樣才能有針對(duì)性地調(diào)整粉末顆粒流量。此外,噴嘴的間隙大小和耐磨性,
可以根據(jù)客戶的要求進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。
弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所激光材料沉積、涂層及功能層部門負(fù)責(zé)人Matthias Brucki談到:“多虧了一體化設(shè)計(jì),高質(zhì)量粉末噴嘴可以在一兩分鐘內(nèi)重新完成組裝,不會(huì)犧牲任何質(zhì)量效果?!睋?jù)悉,從2020年初這種新型噴嘴就已經(jīng)開始批量生產(chǎn)。
同軸粉末噴嘴的優(yōu)點(diǎn)
即插即用:只花不到兩分鐘的時(shí)間,用戶就可以更換噴嘴頭,馬上繼續(xù)工作。
過(guò)程可靠:在系列生產(chǎn)中用戶可以按照序列反復(fù)更換噴嘴頭,因?yàn)閲娮祛^是有限制、可量化的。
粉末過(guò)噴量及損失量低:超高速激光材料沉積技術(shù)及其他金屬 3D 打印流程要求很高的粉密度和噴粉效率,只有高質(zhì)量粉末噴嘴才能實(shí)現(xiàn)。它還能實(shí)現(xiàn)精致的涂覆及低磨耗表面。
靈活:應(yīng)用程序廣泛,因?yàn)橛胁煌牟罹嗑S度、噴嘴尺寸以及變量粉末焦點(diǎn)直徑,有使用粗粉的可能性。
高性能:可以選擇直接冷卻用水,允許使用強(qiáng)大的激光束(20kW)來(lái)源。
減少停機(jī)時(shí)間:精心制造的噴嘴頭模塊,是以適當(dāng)?shù)男螤詈臀恢霉铑A(yù)組裝的,避免了不必要的調(diào)整。
使用激光沉積材料制造夾持和搬運(yùn)工具
Bilsing Automation Tic Ltd.是比爾新自動(dòng)化公司的土耳其子公司。這家位于土耳其布爾薩市的公司不僅生產(chǎn)柔性?shī)A具、裝卸設(shè)備也生產(chǎn)成型工具,并在超高速激光材料沉積技術(shù)及新型噴嘴應(yīng)用上積累了不少經(jīng)驗(yàn)。
該公司與弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系,研究工具的激光硬化及激光材料沉積(LMD)技術(shù),為航空工業(yè)加工復(fù)雜的鈦Ti-6Al-4V組件。“我們對(duì)亞琛的創(chuàng)新技術(shù)十分
感興趣,并最終在2019年夏天引進(jìn)了超高速激光材料沉積技術(shù)?,F(xiàn)在,我們已經(jīng)成為土耳其航空公司的分包商,使用該技術(shù)修復(fù)飛機(jī)起落架的鈦制O型圈,”公司總經(jīng)理Salih Ersungur 表示。
機(jī)器人化
但公司并沒(méi)有改裝車床,只是在一臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人上組裝了激光光源、超高速激光材料沉積熔覆頭以及粉末輸送系統(tǒng)。結(jié)果是形成了一臺(tái)可移動(dòng)的超高速激光材料沉積站,用于測(cè)試另一家公司的數(shù)控車床。
“我們給車床的爪盤裝上了一個(gè)制動(dòng)盤,然后就能實(shí)現(xiàn)基本定位并給機(jī)器人編程,使它與車床操作幾乎同步,”Salih Ersungur表示。在第一次試運(yùn)行成功后,公司CEO對(duì)超高速激光材料沉積技術(shù),以及工件處理后表面的光滑度感到滿意。與傳統(tǒng)激光材料沉積技術(shù)相比,超高速激光材料沉積技術(shù)的返工率更低,甚至不需要返工。
涂層的測(cè)試分析結(jié)果說(shuō)服了這位總經(jīng)理,公司將為現(xiàn)有土耳其及其他國(guó)家的業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供超高速激光材料沉積技術(shù)作為長(zhǎng)期服務(wù)項(xiàng)目,替代有爭(zhēng)議的硬鉻電鍍工藝。Salih Ersungur說(shuō):“我認(rèn)為它將在造船、離岸和航空領(lǐng)域獲得非常好的應(yīng)用機(jī)會(huì)?!?/p>
該公司最近采購(gòu)了新型高質(zhì)量粉末噴嘴(HighNo)??偨?jīng)理在描述新噴嘴技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)時(shí)說(shuō):“新一代噴嘴的可更換噴嘴頭用三個(gè)螺釘固定,可以擰松這些螺釘,然后插入另一個(gè)噴嘴頭?!辈捎眠@種新噴嘴可以讓生產(chǎn)過(guò)程變得更可靠、更快,并減少了設(shè)置時(shí)間。
Salih Ersungur不僅將超高速激光材料沉積技術(shù)和高質(zhì)量粉末噴嘴(HighNo)結(jié)合視為公司在土耳其的一個(gè)獨(dú)家賣點(diǎn),還打算將它推介給公司在南非、羅馬尼亞和俄羅斯的合作客戶。他談到:“因?yàn)槲覀冊(cè)诩す馇懈铑I(lǐng)域已經(jīng)成功經(jīng)營(yíng)了6年,現(xiàn)在我們必須引入超高速激光材料沉積技術(shù)。它很可能是未來(lái)趨勢(shì),苗頭已經(jīng)出現(xiàn)了,我們對(duì)此深信不疑。”
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