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(qiáng)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(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，通過三個(gè)帶有固定激光處理頭的線性動器，可以極快速地平行移動架構(gòu)臺。并且，工業(yè)量產(chǎn)時(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(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(yàn)。

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?！拔覀儗嗚〉膭?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

但公司并沒有改裝車床，只是在一臺移動機(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(gè)制動盤，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(xiàng)目，替代有爭議的硬鉻電鍍工藝。Salih Ersungur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(jī)會?！?/p>

該公司最近采購了新型高質(zhì)量粉末噴嘴（HighNo）。總經(jīng)理在描述新噴嘴技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)時(shí)說：“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)槲覀冊诩す馇懈铑I(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>