北理刘长猛教授顶刊丨送丝方向对无支撑线弧增材制造成形质量和精度的影响研究_ACT_Additive_建筑_增材_海洋

北理刘长猛教授顶刊丨送丝方向对无支撑线弧增材制造成形质量和精度的影响研究

1 研究背景及目的

在电弧熔丝增材制造（WAAM）的点阵结构中，无支撑杆的制造质量和精度尚未开展大量系统的研究，严重限制了增材制造点阵结构质量及工程应用。本研究旨在通过讨论丝材相对熔池的送丝位置，提高无支撑杆的制造质量和精度，实现WAAM大规模点阵结构的高精度低成本制造。

2 论文亮点

（1）基于课题组特色无支撑制造工艺方法完成样件制造，依据悬空凝固熔池理论调整工艺参数确保制造稳定性；

（2）将360°圆周方向分为12组，更为细致的探究了送丝方向对精度的影响，这在过去并没有被研究过；

（3）针对金属丝材进入熔池对稳态产生的影响进行了详细的研究。

3 试验方法

首先，打开热源和热线辅助系统，输入所需的工艺参数。然后，将机床和基板调整到适当的位置进行加工。在制造过程中，实时调整工艺参数，以避免明显的熔池振荡。将360°圆周方向分为12组，共制造了12组样品。每组由五个使用相同工艺参数制造的重复样品组成，随后进行3D扫描以表征试样的加工精度。

4 结果

（1）在熔池高温区送入焊丝所制造的试样，其体积与精度明显大于在熔池低温区送丝的试样；

（2）在极端情况下，沿熔池不同方向输送焊丝的无支撑棒的体积差可达120%。飞溅问题对材料利用效率和尺寸精度都有显著影响；

（3）保持较长的弧长（约5.9mm）可以提高制造精度和加工质量。

Fig. 1. Schematic diagram of the force a nalysis on the metal melt during WAAM.

Fig. 2. (a) Schematic diagram of positive contact transition treatment in high-temperature area of WAAM; (b) Schematic diagram of back contact transition treatment in low-temperature area of WAAM.

Fig. 3. Transition process in arc additive manufacturing process captured by industrial camera. (a1)–(a3) Transition of wire feeding in low-temperature areas; (b1) –(b3) Transition of wire feeding in high-temperature areas.

5 结论

(1) 将金属丝送入高温区可以缓解温度梯度变化对制造精度的影响，并在减少熔池振荡和保持稳定的加工状态方面发挥着至关重要的作用。

(2) 在一定范围内，加工时保持较长的电弧，可以增强散热，减轻热量积聚对加工的影响，从而提高WAAM组件的精度和质量。

(3) 当焊丝被引入熔池的高温区时，具有更好润湿性，促进了更平稳的过渡，对提升精度有积极作用。

6 前景与应用

本论文详细讨论了送丝方向对无支撑点阵杆制造精度和质量的影响，该研究对大尺寸双钢板点阵结构的低成本高精度制造具有积极的促进作用。此类双钢板点阵结构可应用于海洋浮台、抗爆装甲、高强度建筑等领域，具有广阔应用前景。

来源：增材制造硕博联盟

沈航杨光教授顶刊丨激光连续抛光对激光能量沉积制造金属零部件的影响研究

1 研究现状激光沉积制造坯料精度差、表面粗糙等问题会严重影响产品成本及性能，因此沉积坯料基本都需要进行加工后处理。传统接触式后处理方法存在的加工柔性差、环境污染、成本高等劣势可被激光抛光规避。激光抛光通过熔化或烧蚀沉积坯料表面使初始形貌平滑，但目前激光抛光激光沉积制造零部件工艺仍处于实验室阶段。 2 研究难点或瓶颈连续激光抛光可作为独立的表面加工工艺降低激光沉积零部件表面粗糙度，但会形成新的周期性纹理且热影响区较大导致表面改性影响零部件性能，而脉冲激光抛光无法兼备表面无改性与粗糙表面适应性，只能作为表面加工工艺中的微抛光步骤。 3 展望在激光抛光过程中，由于表面张力和重力的作用，表面峰熔化，材料重新分布到谷中，但在凝固过程中通过材料位移形成周期性织构特征的低峰。我们提出了一种额外的方法：使用多种不同扫描策略的低激光功率进行多次扫描，以覆盖原始的周期性纹理特征。然而由于重复的热循环，相变区深度的控制是至关重要的。此外，激光抛光加工激光沉积金属零件的机理需要研究，特别是在导热性和尺寸稳定性方面。当前的研究探索了激光抛光在激光沉积工艺后表面处理的有效性，证明了其可靠性和成本效益。未来的研究应该探索各种抛光策略和强度分布对使用组合抛光的零件力学性能的影响。同时，将这一复合工艺的研究与工业发展需求结合有助于塑造智能制造的未来。 4 代表性图片图1 激光沉积制造零部件粗糙表面形成原因图2 激光抛光金属材料主要机理：（a）表面过熔融；（b）表面浅熔融；（c）表面烧蚀图3 (a) 0°和10°入射角下激光光斑的二维和三维能量分布以及激光入射角分别为(b) 0°、(c) 40°和(d) 70°时激光沉积初始表面对激光能量的吸收和反射示意图 Baosheng Guan, Lanyun Qin, Guang Yang, Yuhang Ren, Xiangming Wang. Laser Polishing of Directed Energy Deposition Metal Parts: A Review. Additive Manufacturing Frontiers, Volume 3, Issue 4,2024, 200174. 来源：增材制造硕博联盟