如何通过激光送丝增材技术实现轻量化零件的快速制造

zhiyongz 6分钟前阅读数 #技术

增材制造在生产轻量化结构方面潜力巨大，能以单一系统制造复杂几何形状的零件，有助于减轻车辆质量，降低行驶阻力，增加电动汽车续航里程，因而受到行业关注。激光定向能量沉积（DED-LB）是一种用于快速制造大型零件的有前景的增材制造技术，其中激光送丝增材（DED-LB-w）因使用焊丝作为原料，操作简便、材料利用率高。采用同轴送丝方式，能使工艺条件不依赖于运动方向。然而，在 DED-LB-w 的工艺设计中，要制造无缺陷的焊道和多层零件且不损坏基底，需考虑诸多因素。虽然已有相关研究，如工艺研究、闭环控制方法和仿真模型等，但这些研究无法全面辅助从选择工艺参数到成功制造多层零件的整个工艺设计过程。

慕尼黑工业大学在工程技术领域期刊Procedia CIRP上发表了题为"Toward the Rapid Manufacturing of Lightweight Parts by Laser Directed Energy Deposition"的研究成果。本文提出了一种用于快速制造轻量化部件的激光定向能量沉积（DED-LB）工艺设计方法。该方法有助于制造无缺陷的多层薄壁部件。使用挤压型材作为基底，制造了一个铝合金部件以测试该方法。

论文图片

图1 提出的工艺设计方法

图2 DED-LB-w装置设置，重点展示了主要组件

图3 制造的部件和俯视图示意图

图4 从文献[6]改编的工艺图

图5 实验与模拟熔合线的比较

图6 不同轨迹段的模拟最大熔池深度

图7 (a) VD为2.2 mm³/mm时的截面；(b) VD为4.5 mm³/mm时的截面

图8 在 (a) TC1、(b) TC2 和 (c) TC3 处获得的温度

图9 多层部件的最大温度和层间温度

图10 有无丝材速度调整的工艺速度

图11 (a) 使用调整后的丝材速度生产的拐角；(b) 未使用调整后的丝材速度生产的拐角

图12 使用 (a) 和不使用 (b) 该方法生产的部件

关键结论
本文提出了一种用于制造薄壁部件的激光送丝增材（DED-LB-w）工艺设计方法。研究结果表明，按照所提出的五个步骤依次进行，可以系统地克服导致工艺失败和部件缺陷的最关键挑战，从而制造出高质量的部件，如图12所示。根据具体应用场景，某些步骤可以跳过。例如，如果基底在工艺完成后会被切除，其影响可能并大。在未来的研究中，将通过引入用于在线质量监测和闭环控制的传感器，进一步实现步骤的自动化。

论文引用
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