弗劳恩霍夫 ILT 开发出用于制造分级多孔结构的 LPBF 方法

2025年6月12日，南极熊获悉，德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）的研究人员开发了一种激光粉末床熔合（LPBF）工艺，可将局部可渗透或致密的区域（包括分级过渡）直接嵌入金属部件中。新方法将于2025年6月24日至27日在慕尼黑举行的2025年激光世界光子学博览会上展出。

△多孔结构增材制造的演示：弗劳恩霍夫 ILT 的金属标志表明，只需按一下按钮即可通过集成多孔区域实现可调节的渗透性。

无需后处理即可控制渗透率

新开发的方法基于成熟的激光粉末床熔合 (LPBF) 工艺，通过将金属粉末分层涂覆，并使用激光进行选择性重熔。迄今为止，LPBF工艺的重点一直放在生产尽可能致密且具有弹性的部件上。“但如果我们允许局部存在孔隙，例如，通过改变工艺参数，就能实现可控的渗透性，”弗劳恩霍夫 ILT 激光粉末床熔合工艺与系统工程组的 Andreas Vogelpoth 解释道。

新方法将多孔区域和致密区域并排放置，在保持机械完整性的同时，允许气体或液体在需要的地方通过。

传统的金属泡沫或织物具有类似的功能，但必须单独生产和组装，这会增加接缝，从而增加热阻或电阻。Vogelpoth指出，ILT 的原位孔隙技术“为 3D 打印部件增添了新功能：渗透性是一项可设计的特性”。

△增材制造多孔结构细节图，展现了致密区域和可渗透区域之间可控的渗透性。图片来自弗劳恩霍夫 ILT 公司。

航空航天和热力系统的目标应用

ILT 的首个工业测试案例是氢电解器堆栈，它包含多个功能层。打印这些具有整体渗透区域的层可以减少单个部件的数量，降低材料用量并降低生产成本。除了氢能，该研究所还在与涡轮机械、工具制造、热交换器和过滤器制造以及化学加工设备等领域的合作伙伴进行洽谈。

这些领域都需要兼具结构强度和精确流体或热管理的组件，因此“控制”孔隙度的能力尤为重要。ILT强调，开放的跨应用方法旨在让中小型企业无需大量硬件投资即可获得多功能金属增材制造 (AM)。

计算机断层扫描测试表明，这些孔隙具有可重复性。正在进行的研究旨在让用户为部件的任何区域指定精确的渗透率值，弗劳恩霍夫提供相应的设计和工艺参数。

在慕尼黑博览会上，研究团队将展示一个浸入水中的金属弗劳恩霍夫ILT标志；空气通过集成的多孔区域，形成了一个可见的气泡幕，让参观者“看到并感受到”受控的渗透率。

△增材制造部件中多孔区域的特写，展示了致密区域和透水区域之间渗透性的精准控制。图片来自弗劳恩霍夫ILT研究所。

LPBF孔隙度控制的相关进展

今年早些时候，Dyndrite与Elementum3D合作，将 PermiAM渗透性控制工作流程嵌入DyndriteLPBF Pro，使工程师能够在同一金属构件内打印完全致密且高度多孔的区域。同样，卡内基梅隆大学和匹兹堡大学的研究人员建立了 Inconel 718收缩孔隙率的机械模型，并发布了工艺参数图，以帮助制造商预测和消除LB-PBF 零件中不需要的孔隙。