3D打印技術參考2月28日消息，德國弗勞恩霍夫協會在3D打印技術研究方面取得最新研究進展，其與澳大利亞合作伙伴共同開展的國際研究項目表明，在激光金屬沉積過程中，可以對微觀結構進行局部且有針對性的調整。

這項名為UltraGRAIN的項目由弗勞恩霍夫材料與光束技術研究所 (IWS)、弗勞恩霍夫增材制造技術研究所 (IAPT) 和墨爾本皇家理工大學 (RMIT University) 參與，聚焦增材制造領域的一個關鍵問題：如何制造出內部結構與預期功能相匹配的零部件。

高速成像捕捉到了激光定向能量沉積（DED-LB）過程，以及脈沖激光誘導等離子體

該項目展示了一條切實可行的方法，不再讓微觀結構完全由工藝本身決定，而是在強度、使用壽命或承載能力至關重要的區(qū)域精確定義微觀結構。該項目于2026年2月25日舉行的最終合作伙伴會議后結束。

過程控制的重大變革

對于工業(yè)用戶而言，這為增材制造金屬零部件的設計開辟了新的自由度。UltraGRAIN最初利用超聲波來影響晶粒形成，隨后轉向脈沖激光激發(fā)。該方法無需接觸，適用于任何幾何形狀，并且適合工業(yè)環(huán)境。脈沖激光誘導的熔池直接激發(fā)技術可以集成到現有的激光定向能量沉積 (DED-LB) 系統(tǒng)中。

電子背散射衍射（EBSD）取向圖顯示了脈沖激光誘導熔池激發(fā)前后（左圖和右圖）的差異

它比傳統(tǒng)的超聲波方法具有更好的可擴展性，即使對于復雜的幾何形狀也能保持穩(wěn)定。在演示組件中，該項目實現了高達75%的尺寸縮小。這項技術首次實現了在制造過程中直接創(chuàng)建微觀結構和功能優(yōu)化區(qū)域?！拔覀兲匾膺x擇了一種在工業(yè)領域行之有效的解決方案，”該項目的主要聯系人、弗勞恩霍夫IWS研究所的研究助理Jacob-Florian M?tje解釋道，“基于激光的激勵技術使我們能夠將微結構精確地設置在對組件性能真正有影響的位置?！?/p>

多學科交叉的技術閉環(huán)

UltraGRAIN的一個關鍵特征在于激光加工、仿真、設計方法和材料開發(fā)的緊密集成。弗勞恩霍夫激光系統(tǒng)研究所 (Fraunhofer IWS) 將脈沖激光誘導熔池激發(fā)技術集成到實際的定向能量沉積激光束 (DED-LB) 系統(tǒng)中，并在與工業(yè)相關的條件下驗證了該技術。

弗勞恩霍夫應用物理與技術研究所 (Fraunhofer IAPT) 開發(fā)了針對局部微觀結構變化部件的分割、路徑規(guī)劃和參數分配方法?；始夷珷柋纠砉ご髮W (RMIT) 則以集成計算材料工程的理念，為該項目提供了多尺度建模、基于仿真的工藝設計和優(yōu)化概念?；始夷珷柋纠砉ご髮W增材制造中心主任兼教授Andrey Molotnikov博士強調：“項目合作伙伴之間的積極合作是該項目的一大亮點。” UltraGRAIN將數字模型和實際制造相結合，形成一種連續(xù)的方法?；诜抡娴墓に囋O計與增材制造的緊密結合，加速了技術向工業(yè)應用的轉化，并加強了先進制造領域的國際合作。

對工業(yè)應用的實際意義

在那些對機械性能和部件使用壽命要求極高的行業(yè)，UltraGRAIN項目的研究成果具有重要意義。這些行業(yè)包括機械工程、航空航天、能源技術、渦輪機械、汽車制造以及模具制造。微觀結構與部件的載荷和功能精準匹配，能夠顯著提升部件的性能，從而使企業(yè)受益匪淺。這種方法不僅能夠減少材料用量、延長使用壽命，還能改善部件的整體性能。UltraGRAIN項目已證明，其構建工藝能夠實現對這種微觀結構的精確調整。

弗勞恩霍夫IWS研究所所長克里斯托夫·萊恩斯教授解釋道：“UltraGRAIN項目展現了弗勞恩霍夫IWS研究所如何從概念到工業(yè)應用，持續(xù)開發(fā)新型制造技術。其成果提供了重要的科學見解，并為未來的工業(yè)轉化奠定了堅實的基礎?！?/p>

注：本文由3D打印技術參考創(chuàng)作，未經聯系授權，謝絕轉載。

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