近日，南京理工大學與中科煜宸在國際權威期刊《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，具有沉積效率高、力學性能強和制造柔性好的特點，對于航空航天、能源jun工等行業(yè)具有重要意義。其通過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”過程沉積得到致密構件。

*圖1. 激光增材制造閉環(huán)結(jié)構的沉積誤差

然而，激光定向能量沉積技術在成形精度控制方面還存在諸多不足，特別是在新結(jié)構、新工藝研發(fā)階段存在精度超差甚至是報廢的風險。因此，探明熔池劇烈流動與復雜熱循環(huán)對構件成形誤差的影響機制，并建立沉積態(tài)誤差控制方法至關重要。

*圖2. 宏觀構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程中熔池內(nèi)部作用力對沉積偏差的影響機制，在介觀尺度探明了蒸汽反沖壓力、表面張力、熱毛細力在不同傳熱條件下對熔池形態(tài)的具體作用，繼而闡明了封閉路徑結(jié)構在掃描路徑處產(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理模型的解耦分析，揭示了沉積過程中偏差的傳遞和積累規(guī)律，首次預測并應用了熔池重熔對于既有偏差的“削峰填谷”自調(diào)節(jié)機制?；谧哉{(diào)節(jié)機制的多起點打印策略通過最優(yōu)偏置角度，有效控制了既有偏差并通過抑制誤差積累實現(xiàn)了精確打印。該成果將為推動智能化增材制造過程在線監(jiān)測與自動控制、提高增材制造的構件質(zhì)量提供重要基礎。

南京理工大學韋輝亮教授表示，在課題研究過程中使用的中科煜宸激光送粉設備LDM-8060型金屬打印機為科研探索提供了保障。“平臺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。”

韋教授還說到，“該平臺采用精密CNC數(shù)控系統(tǒng)，模塊化和開放程度高，能夠根據(jù)需求增加環(huán)境監(jiān)測設備、紅外設備、CCD相機等多種傳感器，為增材制造科研探索提供了強有力的支持?！?/p>

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