激光沉積增材制造（LDM）過(guò)程中的幾何缺陷嚴重影響制件成形精度和可重復性，制約了該技術(shù)在關(guān)鍵領(lǐng)域的應用。國內外學(xué)者對常見(jiàn)幾何缺陷的形成機制、激光沉積制造過(guò)程監測及缺陷調控進(jìn)行了深入研究，常見(jiàn)幾何缺陷可分為表面不平整、熔化塌陷、翹曲變形、分層開(kāi)裂四類(lèi)。

LDM中的幾何缺陷研究路線(xiàn)圖

研究難點(diǎn)或瓶頸

目前，幾何缺陷的形成機制研究包括熔池失穩、復雜的熱歷史、殘余應力、材料/能量波動(dòng)等，可分為系統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調控、預熱緩冷、基于仿真或形貌監測的預變形及補償，結合形成機制—過(guò)程監測—缺陷調控的閉環(huán)控制系統仍未形成完整體系。

LDM中的典型幾何缺陷

LDM中的幾何缺陷形成因素

未來(lái)展望

由于諸多隨機因素和工藝參數之間復雜的相互作用，工藝參數對幾何缺陷的影響尚未完全量化，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究并制定新的過(guò)程監測和緩解戰略。

首先，進(jìn)一步擴大全尺寸制件的過(guò)程監測和變形預測，適應LDM技術(shù)向大尺寸構件轉變的發(fā)展趨勢。

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

第三，過(guò)程監測與人工智能和數值模擬相結合，通過(guò)機器學(xué)習等人工智能技術(shù)準確地區分幾何缺陷相關(guān)的信號信息并建立相關(guān)數據庫，采用多物理場(chǎng)和多尺度數值模擬技術(shù)預測成形質(zhì)量和潛在風(fēng)險。

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