如何在不進行后續(xù)鉆孔或不配備過濾器的情況下，使金屬部件具備透氣性？弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的研究人員開發(fā)了一種創(chuàng)新方法，利用增材制造技術(shù)精確加工金屬材料，實現(xiàn)了這一目標。

▲多孔結(jié)構(gòu)增材制造的演示：弗勞恩霍夫 ILT 的金屬徽標展示了通過集成的多孔區(qū)域可調(diào)節(jié)的滲透性

?弗勞恩霍夫激光研究所，亞琛，德國

▲多孔結(jié)構(gòu)

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3D科學(xué)谷洞察

通過精確控制孔隙率和滲透性，可以優(yōu)化部件的功能，如提高電解槽和燃料電池的性能，確保氫氣或液體的均勻分配和高效傳輸。此外，減少接縫和連接點，提高了部件的整體強度和可靠性，減少了因接縫和連接導(dǎo)致的潛在故障點?！?/p>

可調(diào)節(jié)的透氣性

弗勞恩霍夫ILT將在2025年6月24日至27日在慕尼黑舉辦的激光光子世界展（Laser World of Photonics 2025）上展示這一新技術(shù)。在演示中，弗勞恩霍夫ILT的金屬標志通過集成的多孔區(qū)域展示了可調(diào)節(jié)的透氣性，僅需按下按鈕即可控制。這一演示清晰地展示了致密區(qū)域與可滲透區(qū)域之間的可控滲透率。

▲增材制造組件中多孔區(qū)域的特寫，展示了在致密區(qū)域和多孔區(qū)域之間進行針對性滲透控制。

?弗勞恩霍夫激光研究所，亞琛，德國

該方法基于激光粉末床熔融（LPBF）工藝，與以往專注于生產(chǎn)致密耐用組件不同，研究人員通過局部調(diào)整孔隙率，使組件在局部具備透氣性或密實性，并且可在兩種狀態(tài)之間實現(xiàn)分級過渡。這一過程只需一個生產(chǎn)步驟，且可重復(fù)性高。

• 工藝原理：通過改變 LPBF 工藝參數(shù)，在局部區(qū)域引入孔隙率，從而實現(xiàn)可控的滲透性。這種方法允許在一個組件內(nèi)結(jié)合不同密度的區(qū)域，既可以是明顯的分離，也可以是逐步過渡。
  

• 設(shè)計自由度：與傳統(tǒng)的金屬泡沫或織物結(jié)構(gòu)相比，該技術(shù)無需單獨生產(chǎn)并納入組件，避免了因接縫和連接導(dǎo)致的物理性能變化，如熱和電阻的增加。這不僅節(jié)省了時間，還提高了設(shè)計自由度，即使是帶有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜幾何形狀也能輕松制造。
  

• 應(yīng)用前景：該技術(shù)在需要以可控方式分配、過濾或引導(dǎo)氣體或液體的領(lǐng)域具有巨大潛力，尤其是在氫技術(shù)領(lǐng)域，如電解槽。這些設(shè)備由復(fù)雜的細胞堆棧組成，弗勞恩霍夫 ILT 正在研究是否可以直接增材制造這些層，包括特定的滲透區(qū)域，以減少部件數(shù)量、提高效率并降低成本。
  

未來展望

弗勞恩霍夫ILT的專家們已經(jīng)與多個應(yīng)用領(lǐng)域的最終用戶建立了聯(lián)系，包括渦輪機械、工具制造、熱交換器、過濾器和化學(xué)品。在激光光子世界博覽會上，他們將通過一個具體的演示器展示這些組件在實踐中的樣子：一個帶有集成多孔區(qū)域的金屬研究所徽標被放置在一個透明的水池中，按下按鈕時空氣流過這些區(qū)域，直觀地展示了滲透性。

▲增材制造組件中多孔區(qū)域的特寫，展示了在致密區(qū)域和多孔區(qū)域之間進行針對性滲透控制

?弗勞恩霍夫激光研究所，亞琛，德國

研究人員正在進一步研究如何通過過程參數(shù)精確控制滲透性，并計劃讓用戶指定組件中需要的滲透性區(qū)域和程度，提供相應(yīng)的設(shè)計和過程參數(shù)。與專注于特定應(yīng)用領(lǐng)域的參與者不同，弗勞恩霍夫ILT采用開放的跨應(yīng)用方法，旨在使這一技術(shù)能夠被更多新的應(yīng)用領(lǐng)域接受，特別是那些以前無法接觸如此復(fù)雜制造方法的小型和中型企業(yè)。

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