激光增材制造中幾何缺陷的形成機理及控制方法

來源：增材制造碩博聯(lián)盟

激光沉積增材制造（LDM）過程中的幾何缺陷嚴重影響制件成形精度和可重復(fù)性，制約了該技術(shù)在關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者對常見幾何缺陷的形成機制、激光沉積制造過程監(jiān)測及缺陷調(diào)控進行了深入研究，常見幾何缺陷可分為表面不平整、熔化塌陷、翹曲變形、分層開裂四類。

LDM中的幾何缺陷研究路線圖

研究難點或瓶頸
目前，幾何缺陷的形成機制研究包括熔池失穩(wěn)、復(fù)雜的熱歷史、殘余應(yīng)力、材料/能量波動等，可分為系統(tǒng)性因素和隨機性因素。幾何缺陷的緩解及補償大多為工藝參數(shù)調(diào)控、預(yù)熱緩冷、基于仿真或形貌監(jiān)測的預(yù)變形及補償，結(jié)合形成機制—過程監(jiān)測—缺陷調(diào)控的閉環(huán)控制系統(tǒng)仍未形成完整體系。

△LDM中的典型幾何缺陷

LDM中的幾何缺陷形成因素

未來展望
由于諸多隨機因素和工藝參數(shù)之間復(fù)雜的相互作用，工藝參數(shù)對幾何缺陷的影響尚未完全量化，需要進行進一步的研究并制定新的過程監(jiān)測和緩解戰(zhàn)略。

首先，進一步擴大全尺寸制件的過程監(jiān)測和變形預(yù)測，適應(yīng)LDM技術(shù)向大尺寸構(gòu)件轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢。

第二，采用多傳感器和多信號數(shù)據(jù)融合技術(shù)，建立多維特征數(shù)據(jù)庫來預(yù)測幾何缺陷并形成主動反饋控制，有效提高成形精度和加工效率。

第三，過程監(jiān)測與人工智能和數(shù)值模擬相結(jié)合，通過機器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)準確地區(qū)分幾何缺陷相關(guān)的信號信息并建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，采用多物理場和多尺度數(shù)值模擬技術(shù)預(yù)測成形質(zhì)量和潛在風(fēng)險。