近日，南京理工大學(xué)與中科煜宸在國(guó)際權(quán)威期刊《Virtual and Physical Prototyping》聯(lián)合發(fā)表增材制造最新研究成果，論文題目為“Origin of deposition errors and layer-wise control strategies during laser additive manufacturing”。

激光定向能量沉積是一種典型增材制造制造技術(shù)，具有沉積效率高、力學(xué)性能強(qiáng)和制造柔性好的特點(diǎn)，對(duì)于航空航天、能源jun工等行業(yè)具有重要意義。其通過(guò)激光加熱基材表面產(chǎn)生熔池，并使金屬粉末等原料在熔池中經(jīng)歷“加熱-熔化-凝固-冷卻”過(guò)程沉積得到致密構(gòu)件。

*圖1. 激光增材制造閉環(huán)結(jié)構(gòu)的沉積誤差

然而，激光定向能量沉積技術(shù)在成形精度控制方面還存在諸多不足，特別是在新結(jié)構(gòu)、新工藝研發(fā)階段存在精度超差甚至是報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。因此，探明熔池劇烈流動(dòng)與復(fù)雜熱循環(huán)對(duì)構(gòu)件成形誤差的影響機(jī)制，并建立沉積態(tài)誤差控制方法至關(guān)重要。

*圖2. 宏觀構(gòu)件沉積誤差的逐層解耦分析

該研究揭示了激光增材制造過(guò)程中熔池內(nèi)部作用力對(duì)沉積偏差的影響機(jī)制，在介觀尺度探明了蒸汽反沖壓力、表面張力、熱毛細(xì)力在不同傳熱條件下對(duì)熔池形態(tài)的具體作用，繼而闡明了封閉路徑結(jié)構(gòu)在掃描路徑處產(chǎn)生偏差的根本原因。

圖3. 熔池內(nèi)部的速度、溫度與作用力分布

此外，研究還依托高置信度機(jī)理模型的解耦分析，揭示了沉積過(guò)程中偏差的傳遞和積累規(guī)律，首次預(yù)測(cè)并應(yīng)用了熔池重熔對(duì)于既有偏差的“削峰填谷”自調(diào)節(jié)機(jī)制。基于自調(diào)節(jié)機(jī)制的多起點(diǎn)打印策略通過(guò)最優(yōu)偏置角度，有效控制了既有偏差并通過(guò)抑制誤差積累實(shí)現(xiàn)了精確打印。該成果將為推動(dòng)智能化增材制造過(guò)程在線監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制、提高增材制造的構(gòu)件質(zhì)量提供重要基礎(chǔ)。

南京理工大學(xué)韋輝亮教授表示，在課題研究過(guò)程中使用的中科煜宸激光送粉設(shè)備LDM-8060型金屬打印機(jī)為科研探索提供了保障。“平臺(tái)集成的大容積成形艙配備有氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)，密封性好，可滿足不同尺度鈦合金樣件的打印需求。”

韋教授還說(shuō)到，“該平臺(tái)采用精密CNC數(shù)控系統(tǒng)，模塊化和開(kāi)放程度高，能夠根據(jù)需求增加環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、紅外設(shè)備、CCD相機(jī)等多種傳感器，為增材制造科研探索提供了強(qiáng)有力的支持。”

截止目前，中科煜宸已與數(shù)家研究所、高校合作進(jìn)行課題研究，為科研教育領(lǐng)域提供更先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)支持。未來(lái)，中科煜宸將繼續(xù)攜手更多的高校和科研院所，共同推動(dòng)增材制造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。