混合3D打印工艺可以改善涂层

弗劳恩霍夫生产技术研究所 (IPT) 的一个团队引入了一种增材制造 (AM) 工艺，该工艺结合了基于线材和基于粉末的激光熔覆。据该团队介绍，与传统激光熔覆方法相比，这种混合工艺生产的工具保护涂层更耐磨、更节约资源且更具成本效益。混合工艺也比纯基于导线的包覆方法更灵活。

激光熔覆通过激光金属沉积 (LMD) 产生 3D 结构；在 LMD 过程中，工件表面用激光束加热，同时将粉末或线材形式的填充材料送入熔池区域。当填料熔化时，它会在表面形成一层涂层。结构可以直接在工件表面逐层建造。LMD 是应用保护涂层、修复损坏的部件或改变工件几何形状的有效方法。

在 IPT 的混合方法中，线材和粉末材料在 LMD 期间同时加工。科学家们发现，通过将粉末形式的硬质材料颗粒添加到线材中，他们可以首次使用 LMD 调整涂层中的重要材料特性，例如硬度和韧性。

为了确定不同应用的最佳材料组合，科学家们测试了各种材料。对于线材，他们选择了结构稳定性高的热作工具钢和焊接性好的低合金钢。对于粉末材料，他们选择铬作为碳化物形成和晶粒细化元素，碳化钛 (TiC) 作为硬质相。

通过粉末和金属丝的组合，科学家们能够为每种应用定制材料的成分。他们有选择地改变了工具钢的微观结构，并通过添加粉末增加了涂层的硬度。即使添加少量的 TiC，硬度也会增加 30%。

“通过新工艺，我们现在可以快速灵活地应对不同的热、化学和机械载荷，因为我们可以精确地调整韧性和硬度，”项目经理 Marius Giperich 说。据 Giperich 称，新的混合工艺非常适合最大限度地减少表面磨损和延长部件的使用寿命。它比纯粉末工艺更具成本效益，并且比纯线材工艺具有更大的材料灵活性。

科学家们计划将他们的方法应用于具有特殊性能的其他材料系统的开发。他们还计划将混合工艺用于成型工具的加工以及液压元件摩擦磨损层的处理等应用。

目前，IPT 团队正在测试混合工艺在分级涂层系统生产中的使用。作为测试的一部分，该团队计划尽可能增加材料混合物的 TiC 含量。由于 TiC 会导致高残余应力，从而增加焊接过程中的裂纹敏感性，因此该团队计划逐层调整 TiC 含量。