更快、更多孔、更智能：弗劳恩霍夫激光技术研究所推出增材制造创新成果
如果增材制造能够为氢能经济定制生产复杂构件，将会怎样？粉末能否像电灯开关一样快速启停？工具如何自主感知自身实时载荷？弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）展出三项智能化技术方案，大幅提升增材制造的经济可行性。
无论是滤层结构、粉末开关还是内置传感器——以往需要独立零件、外部组件或是额外加工工序实现的功能，如今越来越多地直接集成进增材制造工艺或成型构件内部。弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）持续践行这一研发思路。
“我们不只是从零件本身，而是从完整工艺链的角度思考增材制造。只要能够省去额外零件、加工步骤或维护工作，我们就会用自研工艺去实现。”弗劳恩霍夫 ILT 激光粉末床熔融（LPBF）部门负责人蒂姆・兰茨博士（Dr. Tim Lantzsch）表示，“目标是提升增材制造的经济性，增强其市场竞争力，目前已经取得成效！”
粉末通断：毫秒级启停
弗劳恩霍夫 ILT 研发的流体粉末开关，可在喷嘴处直接切断粉末流，全程无运动部件、几乎无磨损。
金属粉末是激光熔覆（LMD）成本最高的要素之一。在复杂路径规划下，激光短暂暂停时粉末仍持续输送，大量粉末未经利用直接排出设备。由此带来高昂的粉末损耗、零件与工装污染，还会对设备组件与作业安全构成风险。
现有方案依靠机械结构控制粉末通断，切换时间超过 1 秒，运动部件易磨损。对于需要频繁短时启停的高动态 LMD、EHLA 工艺而言，这类方案速度不足、经济性差。
弗劳恩霍夫 ILT 研发的流体粉末开关，在粉末抵达加工区的喷嘴位置直接实现通断控制。技术基于文丘里原理：控制气流在截面缩径处形成负压，将粉末吸入收集容器，不再送入加工区域。粉末通路中不存在机械运动件，这套专利系统几乎无磨损、免维护。该系统除简单启停外，还支持多材料切换与粉末质量流量无级调节。
这项技术带来显著经济效益：相比机械系统，切换速度提升一个数量级以上；控制气体运行成本，比节约下来的粉末材料成本低三个数量级以上。
“每一粒不再白白流失的粉末，都在节约成本、保护工件、节省资源。”弗劳恩霍夫 ILT LMD 涂层与热处理课题组负责人维克多・格鲁希奇（Viktor Glushych）介绍，他是这款创新流体粉末开关的核心研发人员。“令我们尤为欣喜的是，该开关不仅在实验室验证成功，已有首批客户投入量产。这正是我们的目标：打造适合工业化、稳定可靠且具备经济性的解决方案。”
定制化多孔结构
传统金属构件的渗透性能大多依靠单独制备的金属泡沫、金属丝网或烧结滤材实现，后续还需装配拼接。该方式耗时，设计自由度受限，且所有连接位置都会增加接触热阻与电阻。
弗劳恩霍夫 ILT 科研人员利用激光粉末床熔融（PBF-LB/M）工艺，主动精准调控孔隙率，而非一味消除孔隙。致密区与渗透区可一体化成型于单个构件内，孔隙过渡边界可实现陡变或梯度渐变，无需后续加工。
在德国联邦经济和能源部（BMWE）资助的 LPBFCells 项目中，弗劳恩霍夫 ILT 将电解槽多孔传输层（PTL）一体成型，替代多层烧结片堆叠结构：接触电阻更低，流场与支撑结构一体化集成，新型电池构型迭代速度大幅提升。研究所将展示搭载纯钛梯度多孔传输层的电解槽演示件。
“当我们把孔隙率视作设计特征，就可以将致密结构与渗透结构按照构件功能精准定制。”弗劳恩霍夫 ILT 科研人员亚历山大・诺伊克（Alexander Neuke）谈到，“该技术在氢能领域极具价值，例如电解槽、燃料电池，这类器件要求构件厚度方向具备差异化孔隙；同时在过滤器、透平机械领域，我也看到巨大应用潜力。”
能够自我感知状态的构件
增材制造逐层成型的特点，可以触及成品后无法抵达的构件内部区域。弗劳恩霍夫 ILT 薄膜工艺课题组负责人塞缪尔・芬克博士（Dr. Samuel Fink）利用该特性，将传感器直接集成至 LPBF 打印零件内部，例如内置应变片。传感层可通过喷墨、气溶胶喷射或移印工艺，在成型过程中或成型后精准布设。这类智能构件可实时输出载荷、形变以及裂纹萌生的数据。
研究所展出一件功能演示件：一把内置原位打印应变片的扳手。载荷作用下，嵌入构件内部的传感器可直接采集构件内部形变与应力分布实时数据，传感器不受机械磨损与热载荷影响。这为高安全等级应用实现状态监测、预测性维护，提升运行安全性；同时省去外部布线与测点，降低系统复杂度。
“行业都在寻找增材内置传感器方案，但长期缺少稳定高效的工艺与适配材料。”塞缪尔・芬克博士解释道，“通过这款智能扳手，我们展示现有技术能力：传感器在构件最需要监测的位置采集数据。这是走向接近量产级增材传感方案的重要一步。”
2026 年 11 月 17–20 日法兰克福 Formnext 展会， 11.0 展厅 D31 弗劳恩霍夫联合展台，与弗劳恩霍夫 ILT 团队交流，了解以上及更多增材制造智能解决方案。
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