激光增材制造中几何缺陷的形成机理及控制方法

激光沉积增材制造（LDM）过程中的几何缺陷严重影响制件成形精度和可重复性，制约了该技术在关键领域的应用。国内外学者对常见几何缺陷的形成机制、激光沉积制造过程监测及缺陷调控进行了深入研究，常见几何缺陷可分为表面不平整、熔化塌陷、翘曲变形、分层开裂四类。

LDM中的几何缺陷研究路线图

研究难点或瓶颈

目前，几何缺陷的形成机制研究包括熔池失稳、复杂的热历史、残余应力、材料/能量波动等，可分为系统性因素和随机性因素。几何缺陷的缓解及补偿大多为工艺参数调控、预热缓冷、基于仿真或形貌监测的预变形及补偿，结合形成机制—过程监测—缺陷调控的闭环控制系统仍未形成完整体系。

LDM中的典型几何缺陷

LDM中的几何缺陷形成因素

未来展望

由于诸多随机因素和工艺参数之间复杂的相互作用，工艺参数对几何缺陷的影响尚未完全量化，需要进行进一步的研究并制定新的过程监测和缓解战略。

首先，进一步扩大全尺寸制件的过程监测和变形预测，适应LDM技术向大尺寸构件转变的发展趋势。

第二，采用多传感器和多信号数据融合技术，建立多维特征数据库来预测几何缺陷并形成主动反馈控制，有效提高成形精度和加工效率。

第三，过程监测与人工智能和数值模拟相结合，通过机器学习等人工智能技术准确地区分几何缺陷相关的信号信息并建立相关数据库，采用多物理场和多尺度数值模拟技术预测成形质量和潜在风险。

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