近期，從比爾新（Bilsing）自動化公司土耳其子公司傳來了好消息，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，這也將增強了比爾新公司征服新市場的決心。

自2012年以來，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程，快速可靠，適用于25μm-250μm薄層，速度高達500m/min，節(jié)約資源、經(jīng)濟實惠，已經(jīng)被證明是硬鉻電鍍的可靠替代品。從那時起，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。

帶噴嘴尖端模塊的噴嘴底座（圖片來源：弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所）

該技術(shù)發(fā)展到今日，最新的亮點是3D超高速激光材料沉積系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，通過三個帶有固定激光處理頭的線性驅(qū)動器，可以極快速地平行移動架構(gòu)臺。并且，工業(yè)量產(chǎn)時需要經(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。對于難以進入處理的區(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，按獨立方向運行，特別適合集成自動化系統(tǒng)，同時在涂料和增材制造應(yīng)用上也得到了驗證。

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。即使是粉末流動出現(xiàn)微小偏差，也會導(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HaraldDicker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膱鼍皯?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，兩個圓錐體具有相同的形狀公差，節(jié)省了更換模具時的調(diào)整時間。研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn)，噴嘴的表面必須達到高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能有針對性地調(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)客戶的要求進行單獨調(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責(zé)人MatthiasBrucki談到：“多虧了一體化設(shè)計，高質(zhì)量粉末噴嘴可以在一兩分鐘內(nèi)重新完成組裝，不會犧牲任何質(zhì)量效果。”據(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

即插即用：只花不到兩分鐘的時間，用戶就可以更換噴嘴頭，馬上繼續(xù)工作。

過程可靠：在系列生產(chǎn)中用戶可以按照序列反復(fù)更換噴嘴頭，因為噴嘴頭是有限制、可量化的。

粉末過噴量及損失量低：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)量粉末噴嘴才能實現(xiàn)。它還能實現(xiàn)精致的涂覆及低磨耗表面。

靈活：應(yīng)用程序廣泛，因為有不同的差距維度、噴嘴尺寸以及變量粉末焦點直徑，有使用粗粉的可能性。

高性能：可以選擇直接冷卻用水，允許使用強大的激光束（20kW）來源。

減少停機時間：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工具

BilsingAutomationTicLtd.是比爾新自動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)柔性夾具、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。

該公司與弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所建立了長期合作關(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。“我們對亞琛的創(chuàng)新技術(shù)十分感興趣，并最終在2019年夏天引進了超高速激光材料沉積技術(shù)。現(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)飛機起落架的鈦制O型圈，”公司總經(jīng)理SalihErsungur表示。

機器人化

但公司并沒有改裝車床，只是在一臺移動機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)果是形成了一臺可移動的超高速激光材料沉積站，用于測試另一家公司的數(shù)控車床。

“我們給車床的爪盤裝上了一個制動盤，然后就能實現(xiàn)基本定位并給機器人編程，使它與車床操作幾乎同步，”SalihErsungur表示。在第一次試運行成功后，公司CEO對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。

涂層的測試分析結(jié)果說服了這位總經(jīng)理，公司將為現(xiàn)有土耳其及其他國家的業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供超高速激光材料沉積技術(shù)作為長期服務(wù)項目，替代有爭議的硬鉻電鍍工藝。SalihErsungur說：“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)用機會?！?/p>

該公司最近采購了新型高質(zhì)量粉末噴嘴（HighNo）?？偨?jīng)理在描述新噴嘴技術(shù)的優(yōu)點時說：“新一代噴嘴的可更換噴嘴頭用三個螺釘固定，可以擰松這些螺釘，然后插入另一個噴嘴頭?！辈捎眠@種新噴嘴可以讓生產(chǎn)過程變得更可靠、更快，并減少了設(shè)置時間。

SalihErsungur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獨家賣點，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：“因為我們在激光切割領(lǐng)域已經(jīng)成功經(jīng)營了6年，現(xiàn)在我們必須引入超高速激光材料沉積技術(shù)。它很可能是未來趨勢，苗頭已經(jīng)出現(xiàn)了，我們對此深信不疑?！?/p>