德国Fraunhofer协会3D打印技术研究取得最新重要进展

2026年3月1日

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3D打印技术参考2月28日消息，德国弗劳恩霍夫协会在3D打印技术研究方面取得最新研究进展，其与澳大利亚合作伙伴共同开展的国际研究项目表明，在激光金属沉积过程中，可以对微观结构进行局部且有针对性的调整。

这项名为UltraGRAIN的项目由弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所 (IWS)、弗劳恩霍夫增材制造技术研究所 (IAPT) 和墨尔本皇家理工大学 (RMIT University) 参与，聚焦增材制造领域的一个关键问题：如何制造出内部结构与预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积（DED-LB）过程，以及脉冲激光诱导等离子体

该项目展示了一条切实可行的方法，不再让微观结构完全由工艺本身决定，而是在强度、使用寿命或承载能力至关重要的区域精确定义微观结构。该项目于2026年2月25日举行的最终合作伙伴会议后结束。

过程控制的重大变革

对于工业用户而言，这为增材制造金属零部件的设计开辟了新的自由度。UltraGRAIN最初利用超声波来影响晶粒形成，随后转向脉冲激光激发。该方法无需接触，适用于任何几何形状，并且适合工业环境。脉冲激光诱导的熔池直接激发技术可以集成到现有的激光定向能量沉积 (DED-LB) 系统中。

电子背散射衍射（EBSD）取向图显示了脉冲激光诱导熔池激发前后（左图和右图）的差异

它比传统的超声波方法具有更好的可扩展性，即使对于复杂的几何形状也能保持稳定。在演示组件中，该项目实现了高达75%的尺寸缩小。这项技术首次实现了在制造过程中直接创建微观结构和功能优化区域。“我们特意选择了一种在工业领域行之有效的解决方案，”该项目的主要联系人、弗劳恩霍夫IWS研究所的研究助理Jacob-Florian Mätje解释道，“基于激光的激励技术使我们能够将微结构精确地设置在对组件性能真正有影响的位置。”

多学科交叉的技术闭环

UltraGRAIN的一个关键特征在于激光加工、仿真、设计方法和材料开发的紧密集成。弗劳恩霍夫激光系统研究所 (Fraunhofer IWS) 将脉冲激光诱导熔池激发技术集成到实际的定向能量沉积激光束 (DED-LB) 系统中，并在与工业相关的条件下验证了该技术。

弗劳恩霍夫应用物理与技术研究所 (Fraunhofer IAPT) 开发了针对局部微观结构变化部件的分割、路径规划和参数分配方法。皇家墨尔本理工大学 (RMIT) 则以集成计算材料工程的理念，为该项目提供了多尺度建模、基于仿真的工艺设计和优化概念。皇家墨尔本理工大学增材制造中心主任兼教授Andrey Molotnikov博士强调：“项目合作伙伴之间的积极合作是该项目的一大亮点。” UltraGRAIN将数字模型和实际制造相结合，形成一种连续的方法。基于仿真的工艺设计与增材制造的紧密结合，加速了技术向工业应用的转化，并加强了先进制造领域的国际合作。

对工业应用的实际意义

在那些对机械性能和部件使用寿命要求极高的行业，UltraGRAIN项目的研究成果具有重要意义。这些行业包括机械工程、航空航天、能源技术、涡轮机械、汽车制造以及模具制造。微观结构与部件的载荷和功能精准匹配，能够显著提升部件的性能，从而使企业受益匪浅。这种方法不仅能够减少材料用量、延长使用寿命，还能改善部件的整体性能。UltraGRAIN项目已证明，其构建工艺能够实现对这种微观结构的精确调整。