如何通過激光送絲增材技術(shù)實現(xiàn)輕量化零件的快速制造

來源：wlam激光送絲增材

增材制造在生產(chǎn)輕量化結(jié)構(gòu)方面潛力巨大，能以單一系統(tǒng)制造復(fù)雜幾何形狀的零件，有助于減輕車輛質(zhì)量，降低行駛阻力，增加電動汽車續(xù)航里程，因而受到行業(yè)關(guān)注。激光定向能量沉積（DED-LB）是一種用于快速制造大型零件的有前景的增材制造技術(shù)，其中激光送絲增材（DED-LB-w）因使用焊絲作為原料，操作簡便、材料利用率高。采用同軸送絲方式，能使工藝條件不依賴于運動方向。然而，在 DED-LB-w 的工藝設(shè)計中，要制造無缺陷的焊道和多層零件且不損壞基底，需考慮諸多因素。雖然已有相關(guān)研究，如工藝研究、閉環(huán)控制方法和仿真模型等，但這些研究無法全面輔助從選擇工藝參數(shù)到成功制造多層零件的整個工藝設(shè)計過程。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)在工程技術(shù)領(lǐng)域期刊Procedia CIRP上發(fā)表了題為"Toward the Rapid Manufacturing of Lightweight Parts by Laser Directed Energy Deposition"的研究成果。本文提出了一種用于快速制造輕量化部件的激光定向能量沉積（DED-LB）工藝設(shè)計方法。該方法有助于制造無缺陷的多層薄壁部件。使用擠壓型材作為基底，制造了一個鋁合金部件以測試該方法。

論文圖片

圖1 提出的工藝設(shè)計方法

圖2 DED-LB-w裝置設(shè)置，重點展示了主要組件

圖3 制造的部件和俯視圖示意圖

圖4 從文獻[6]改編的工藝圖

圖5 實驗與模擬熔合線的比較

圖6 不同軌跡段的模擬最大熔池深度

圖7 (a) VD為2.2 mm³/mm時的截面；(b) VD為4.5 mm³/mm時的截面

圖8 在 (a) TC1、(b) TC2 和 (c) TC3 處獲得的溫度

圖9 多層部件的最大溫度和層間溫度

圖10 有無絲材速度調(diào)整的工藝速度

圖11 (a) 使用調(diào)整后的絲材速度生產(chǎn)的拐角；(b) 未使用調(diào)整后的絲材速度生產(chǎn)的拐角

圖12 使用 (a) 和不使用 (b) 該方法生產(chǎn)的部件

關(guān)鍵結(jié)論
本文提出了一種用于制造薄壁部件的激光送絲增材（DED-LB-w）工藝設(shè)計方法。研究結(jié)果表明，按照所提出的五個步驟依次進行，可以系統(tǒng)地克服導(dǎo)致工藝失敗和部件缺陷的最關(guān)鍵挑戰(zhàn)，從而制造出高質(zhì)量的部件，如圖12所示。根據(jù)具體應(yīng)用場景，某些步驟可以跳過。例如，如果基底在工藝完成后會被切除，其影響可能并大。在未來的研究中，將通過引入用于在線質(zhì)量監(jiān)測和閉環(huán)控制的傳感器，進一步實現(xiàn)步驟的自動化。

論文引用
Avelino Zapata, Max Spreitler, Xiao Fan Zhao, Christian Bernauer, Michael F. Zaeh. Toward the Rapid Manufacturing of Lightweight Parts by Laser Directed Energy Deposition:Procedia CIRP 126 (2024) 579–584

DOI:10.1016/j.procir.2024.08.243