歐盟推出一個(ge) 新的汽車行業(ye) 標準，2026年，所有的汽車刹車盤都需要做一個(ge) 表麵處理——一項新的金屬塗層，減少製動粉塵，增加使用壽命、提升安全性。南極熊駐歐洲誌願者在Formnext2021展會(hui) 上看到，已經有一家德國公司推出了專(zhuan) 門針對這個(ge) 金屬塗層的高速激光沉積金屬3D打印係統，在刹車盤市場應用空間非常大。激光送粉金屬3D打印廠商要注意把握這個(ge) 機會(hui) 。

△使用極高速激光金屬沉積3D打印工藝塗覆刹車盤

有調查表明，製動係統市場預計將從(cong) 2021年的209億(yi) 美元增長到2026年的265億(yi) 美元，複合年增長率為(wei) 4.9%。盤式製動器細分市場預計將成為(wei) 製動類型最大的市場。然而，為(wei) 了保障良好的製動力、散熱性和磨損問題，刹車片的表麵處理將會(hui) 是未來的關(guan) 鍵。3D打印技術或成為(wei) 解決(jue) 這一問題的途徑，撬動未來的製動係統市場。

常規的刹車盤通常采用灰鑄鐵（HT250）來製造，這種材料成本低、加工性能好。然而，缺點是活性高，與(yu) 空氣接觸極易發生氧化，生成鐵鏽。如果製動盤在使用過程中遇水還會(hui) 發生電化學反應，短時間就會(hui) 產(chan) 生鏽斑。因此，表麵處理工藝成了刹車盤性能的關(guan) 鍵。

最常見的方法是在刹車盤的表麵進行塗層處理。多年來，研究人員嚐試了各種沉積技術進行塗層轉化。但大部分過程相對複雜，並且在成本上也相對昂貴。隨著人們(men) 對健康和環境問題的關(guan) 注度上升，對於(yu) 刹車片表麵處理以及報廢標準也越來越嚴(yan) 格，這促使製動係統市場向更加方便、快捷、經濟的表麵處理方式傾(qing) 斜。南極熊發現，有這樣一家3D打印公司似乎抓住了這一機遇。

CHIRON Group和AM Coating

德國CHIRON Group是世界領先的加工中心和解決(jue) 方案供應商之一，在全球範圍內(nei) 設有生產(chan) 和開發基地、銷售和服務子公司和代理機構。通過增材製造，集團擴展了金屬加工和自動化核心競爭(zheng) 力，並提供完整的解決(jue) 方案。這家公司有一種製動盤塗層金屬3D打印係統：AM Coating，使刹車盤塗覆兩(liang) 個(ge) 保護層，防止腐蝕和磨損，減少細小灰塵。

△3D塗層的刹車片

AM Coating使用高速激光金屬沉積焊接3D打印工藝，可實現最短循環時間和最佳層附著力。為(wei) 了覆蓋不同的細分市場，AM Coating將提供兩(liang) 個(ge) 版本：AM Coating SINGLE，用於(yu) 開發工藝參數和小批量生產(chan) 的較小係統；AM Coating TWIN，用於(yu) 批量生產(chan) 的全自動係統。

△激光熔覆金屬3D打印的刹車片實拍，圖/南極熊駐歐洲誌願者

極高速激光金屬3D打印沉積 (EHLA)

為(wei) 確保耐磨和耐腐蝕，同時加快保護層的塗覆過程，AM Coating使用了極高速激光金屬沉積3D打印工藝，簡稱EHLA。這是弗勞恩霍夫激光技術研究所 ILT 和亞(ya) 琛工業(ye) 大學開發的一種新塗層工藝，從(cong) 標準激光金屬沉積工藝發展而來，非常適合製動盤的塗層。

△使用 EHLA 工藝塗層的成品製動盤

△AM Coating

EHLA的創新點在於(yu) ：金屬粉末顆粒被吹入激光束並在那裏熔化，而不是在熔池中熔化。因此，與(yu) 標準激光金屬沉積相比，這種方法可實現更高的塗層速度。這和SPEE3D、Titomic等公司的冷噴塗技術似乎有些相似。不同的是，上述兩(liang) 種冷噴塗技術通過將金屬粉末以超音速從(cong) 噴嘴噴到基材上，發生塑性形變並粘附在基材表麵上。

普通的激光材料沉積，產(chan) 生的塗層厚度通常至少為(wei) 半毫米。這會(hui) 消耗大量材料，也使精加工變得更加複雜。相比之下，EHLA 工藝可生產(chan) 25 到 250 微米之間的非常薄的層。因此，塗層更純淨、更光滑，粗糙度降低到之前的 1/10 左右；材料利用率達90% 。因此，它具有極高的資源效率和經濟性，這是在工業(ye) 大規模生產(chan) 環境中使用的基本要求。

△左側(ce) ，傳(chuan) 統激光熔覆焊接（LMD或激光金屬熔覆）；右側(ce) ，極高速激光金屬熔覆 (EHLA)

目前，對於(yu) 塗覆的常用技術是高速氧氣燃料（HVOF）塗層，這是一種熱噴塗工藝，能夠用於(yu) 改善或恢複部件的表麵性質或尺寸，通過提高耐侵蝕、耐磨性和耐腐蝕性保護設備壽命。HVOF工藝通過專(zhuan) 用噴嘴中產(chan) 生的高溫高速燃燒火焰流，然後將粉末軸送入火焰中，形成致密、強粘附塗層。雖然這種方法十分有效，但是危險性相當高，對於(yu) 操作員的技術要求也很高，無形中增加了使用成本。

△工藝鏈從(cong) 六個(ge) 減少到四個(ge) 步驟

與(yu) HVOF噴塗的熱塗層相比，AMCoating的EHLA工藝還擁有許多優(you) 勢：無需對製動盤進行機械和熱預處理，工藝鏈從(cong) 六個(ge) 減少到四個(ge) 步驟。除了高速之外，EHLA還有優(you) 於(yu) 氧氣燃料噴塗的優(you) 勢：

通過分子鍵提高附著力

粉體(ti) 利用率高

塗覆0.1毫米範圍內(nei) 的更薄層

具有不同特性和厚度的層

製動盤的熱量輸入更低，熱影響區更小

△激光熔覆金屬3D打印塗層的主軸，圖/南極熊駐歐洲誌願者

使用激光金屬沉積技術的AM Cube

南極熊了解到，除了AM Coating之外，這家公司還擁有一種使用激光技術沉積技術的3D金屬打印係統：AM Cube，也可以實現刹車盤表麵處理過程。激光金屬沉積技術將原料材料（基於(yu) Fe/Ni/Co）用激光束熔化，並通過冶金結合熔合到基材（鋼或鎳基合金）上。該工藝的好處之一是降低了熱負荷，非常適合修複損壞、在選定點加固部件以及通過材料沉積恢複部件的原始幾何形狀。

△AM Cube

這種沉積技術分為(wei) 線基激光沉積（LMD-W）技術和粉末基激光沉積（LMD-P）技術，再搭配AM Cube最多5軸的的機械臂控製係統和西門子的組件，能夠塗覆和修複尺寸最大為(wei) 500毫米的部件、長達一米的圓柱形部件以及半成品的近淨形生產(chan) 。

△多軸控製係統

線基激光金屬沉積 (LMD-W)：借助這項技術，激光束將基材（在本例中為(wei) 線材）熔化，然後熔化物融合在一起並固化。由於(yu) 工件是逐層構建的，因此可以創建複雜的幾何形狀。線材的一大優(you) 勢是高沉積率。激光的靈活性使這項技術適用於(yu) 精細表麵和大堆積率。AM Cube中的材料進料采用同軸送絲(si) 形式，可在所有焊接方向上工作。材料以幹淨的方式進料，並100%被利用。為(wei) 防止氧化，沉積過程在密封係統中使用保護氣體(ti) 進行。

△激光金屬沉積- 線材 (LMD-W)：1. 3光束激光器。2. 保護氣體(ti) 噴嘴。3. 線嘴。4.保護氣區。5. 焊池。6. 焊道。7.粘附區。8. 基材。9. 線。

粉末基激光金屬沉積 (LMD-P)：這個(ge) 過程也用於(yu) AM Cube。在這種情況下，送入熔池的原料是粉末形式，非常適合薄塗層。同軸噴嘴使該過程適用於(yu) 任何焊接方向。

△激光金屬沉積- 粉末 (LMD-P)：1. 激光束。2. 粉嘴。3. 粉。4.保護氣區。5. 焊池。6. 焊道。7.粘附區。8. 基材。

從(cong) “一點”出發，帶動3D打印技術

或許你會(hui) 覺得，這樣一個(ge) 小應用並不是非常“吸睛”。但是，隨著全球電動汽車、飛機等交通工具的飛速發展，製動係統成了安全必不可缺的一環，需求量和普及率相當可觀。有報告指出，亞(ya) 太製動係統市場估計是增長最快的區域市場。中國、日本、韓國和印度越來越多地采用先進的製動係統技術。到2026年，中國乘用車產(chan) 量預計將達到2400萬(wan) 輛，為(wei) 國內(nei) 外製動係統製造商提供了巨大的機遇。不僅(jin) 乘用車，2026年，卡車也將達到200萬(wan) 輛。

△切割環

如此大規模的需求勢必對生產(chan) 效率和速度有相當高的刺激作用。尤其是在疫情影響之後，市場更青睞於(yu) 靈活、快速的製造方式。3D打印在此時入局加速了這項應用的發展，或許也將反作用於(yu) 技術本身的推廣，相輔相成。期待未來還會(hui) 有更多這樣的成功案例，讓更多的人看到這項技術的未來！

△國內(nei) 外做激光送粉金屬3D打印的廠商，即將迎來一個(ge) 全新的量產(chan) 級規模應用市場。圖片/2021年中國3D打印格局