激光沉積增材制造（LDM）過(guò)程中的幾何缺陷嚴(yán)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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)常見(jiàn)幾何缺陷的形成機(jī)制、激光沉積制造過(guò)程監(jiān)測(cè)及缺陷調(diào)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圖
研究難點(diǎn)或瓶頸
目前，幾何缺陷的形成機(jī)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(dòng)等，可分為系統(tǒng)性因素和隨機(jī)性因素。幾何缺陷的緩解及補(bǔ)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(cè)的預(yù)變形及補(bǔ)償，結(jié)合形成機(jī)制—過(guò)程監(jiān)測(cè)—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(lái)展望
由于諸多隨機(jī)因素和工藝參數(shù)之間復(fù)雜的相互作用，工藝參數(shù)對(duì)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(jiān)測(cè)和緩解戰(zhàn)略。
首先，進(jìn)一步擴(kuò)大全尺寸制件的過(guò)程監(jiān)測(cè)和變形預(yù)測(cè)，適應(yīng)LDM技術(shù)向大尺寸構(gòu)件轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢(shì)。
第二，采用多傳感器和多信號(hào)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，建立多維特征數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)預(yù)測(cè)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(jiān)測(cè)與人工智能和數(shù)值模擬相結(jié)合，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)準(zhǔn)確地區(qū)分幾何缺陷相關(guān)的信號(hào)信息并建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用多物理場(chǎng)和多尺度數(shù)值模擬技術(shù)預(yù)測(cè)成形質(zhì)量和潛在風(fēng)險(xiǎn)。
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Ps:隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和變革，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)嚴(yán)重限制工業(yè)的發(fā)展，激光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在增材制造上，激光作為一種通用工具，已經(jīng)被應(yīng)用于各行各業(yè)，我國(guó)非常重視激光增材制造技術(shù)的發(fā)展，其未來(lái)的發(fā)展方向是同快速模具制造等方面的結(jié)合，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療健康、汽車(chē)制造、機(jī)電設(shè)備等領(lǐng)域。激光器在運(yùn)行中提供高速、精確的精度，為確保其穩(wěn)定高質(zhì)量地工作，必須為其配備合適的冷卻系統(tǒng)——激光冷水機(jī)精準(zhǔn)控溫降溫。
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