增材制造EOS NickelAlloy

基于波束成形技术的先进处理

2025年11月3日 | 阅读时间：5分钟

超级合金是一类专为极端环境设计的金属材料。其在高温下保持机械强度的特性，使其成为航空发动机、发电厂及国防装备中不可或缺的材料。

增材制造行业中备受青睐的材料之一是247超合金，其以卓越的强度和高温耐受性著称。然而，这种超合金在增材制造过程中带来了独特的挑战（见图1），例如：

激光粉末床熔融（LPBF）加工过程中的微裂纹
后处理热处理过程中的宏观开裂

尽管行业需求旺盛，但247增材制造长期受制于加工与后处理难题。但这一局面正在改变：随着EOS NickelAlloy 加入我们的超级合金材料产品线，我们正突破增材制造技术的可能性边界——通过将先进加工策略与尖端光束成形技术及前沿后处理技术相结合，充分释放这种高性能材料的全部潜力。

光束整形

一种处理易开裂合金的新工具

多年来，针对247合金等易开裂材料，业界探索了多种减少开裂的策略，包括调整合金化学成分或实施高温预热等复杂的设备改造。尽管这些方法取得了一定成效，但往往需要在工艺稳定性与可扩展性之间进行权衡。随着新一代光束整形技术的推出，我们现已拥有强大的新工具来应对这些挑战，同时无需牺牲生产效率或零件质量。

在传统的激光脉冲熔化系统中，单模激光器通常采用高斯强度分布工作。这限制了对熔池动力学的控制，尤其对于易开裂的材料而言。

通过光束整形技术（），我们能够在多种模式下将强度分布从核心高斯分布调整为环形分布——详见图2。从模式0（完全高斯分布）到模式6（完全环形分布），可根据材料类型和工艺要求选择合适的强度分布。这种灵活性使我们能够针对材料特性和应用需求定制能量输入，为加工此前被认为无法打印的合金开辟了全新可能性。

在采用标准高斯过程且熔池较深的传统激光粉末床熔融（LPBF）工艺中，当两个凝固前沿相遇时（尤其在取向偏差较大处）容易产生微裂纹。此外，裂纹主要形成于晶界处，导致高斯激光束轮廓生成的细晶粒微观结构中裂纹密度过高。为避免裂纹产生，此类标准工艺需采用较低的层厚和激光功率，导致构建时间过长且工艺不稳定，最终形成性能欠佳且不稳定的构件。通过光束整形技术，可改变强度分布以形成不同熔池几何形态，从而在维持半圆形或平面熔池形状的同时，实现更高功率与常规层厚的工艺操作。

更平坦的熔池导致沿构建方向的定向凝固增强，从而避免了熔池中心定向错误的凝固前沿相互碰撞。这使得构件初始状态下的裂纹密度极低。此外，熔池层级上持续且定向的凝固过程，使得能够根据所需性能曲线定制晶粒尺寸。例如，较大晶粒更有利于蠕变性能，而较小晶粒则能提供更高强度或更长的疲劳寿命。经过完整热处理后，光束成形工艺产生的LPBF材料可形成粒径范围从数百微米至1毫米的晶粒，其尺寸显著大于传统LPBF工艺的典型晶粒尺寸。

此外，可生产出在出厂状态下缺陷率低于0.04%的近无裂纹样品——见图4。残留的少量缺陷可通过后处理热等静压（HIP）进行处理——见图5。

从概念到应用：EOS NickelAlloy 的未来发展方向

我们致力于整合尖端硬件、深厚的材料与工艺专长以及定制化后处理技术，以最大限度减少微裂纹并释放这种高性能合金的全部潜力。我们的重点在于能源、航空航天和国防领域的小型至中型部件，这些领域EOS NickelAlloy 的高温性能要求最为关键。鉴于该工艺的技术复杂性，初期将通过与Additive Minds的合作项目提供服务，而非作为成熟产品直接推出。

这包括：