定向能沉積(DED)增材制造:物理特性,、缺陷,、挑戰(zhàn)和應用（二）

來源：江蘇激光聯(lián)盟

導讀：本文講述了DED處理相關的挑戰(zhàn),，并對該技術進行了關鍵的展望。本文為第二部分,。關鍵詞：增材制造(AM),，定向能沉積(DED),，激光工程凈整形(LENS™)，激光-材料相互作用缺陷

激光材料的相互作用
為了更好地理解和最終控制DED的熱環(huán)境,，有必要了解底層激光-粉末-熔體池(LB-P-MP)的相互作用,。對控制DED的潛在機制的基本理解將有助于對隨之而來的微觀結構、殘余應力和缺陷進行適當的自適應控制,，最終目標是優(yōu)化材料的性能和性能,。本節(jié)回顧了相關方面，如飛行中粉末顆粒加熱,、熔體池中存在的時空熱場,、顆粒-熔體池相互作用以及它們的現場監(jiān)測。簡要討論了熱源-導線的相互作用,，盡管這一領域落后于粉末的等效,。

(a)從材料設計到修復再到應用，DED相對于PBF的關鍵優(yōu)勢示意圖,。(b) DED中微觀結構,、多界面、熱循環(huán),、缺陷和殘余應力;(c)注入粉末,、激光束和熔池之間的相互作用，在某些情況下導致熔池中形成小孔,。

基于激光粉末的DED涉及粉末輸送在預先選擇和控制的速度使用惰性氣體作為載體媒體,。粉末通過一系列噴嘴指向熔池。當粉末流從噴嘴流出并向熔池流動時,，粉末流呈圓錐狀,。同心的粉末流在接近熔池時匯聚，導致粒子間碰撞以及LB-P-MP相互作用,。加熱,、熔化、汽化和凝固都發(fā)生在DED期間,。因此,，沉積材料的典型特征是層狀結構，經歷多次熱循環(huán),，通常包含氣孔和殘余應力,，如圖1b所示。在熔體池附近的區(qū)域,，注入的粉末顆粒與激光束和熔體池相互作用,，如圖1c所示。對流紊流與熔體池有關，在某些情況下,，沉積條件導致“鑰匙孔”的形成,，這源自金屬蒸氣，有時是在使用非常高的激光束強度的條件下加工材料時產生的,。

在EFTEM中,，10 eV的窗口分別位于0、10,、15和25 eV的能量損失中心,。在0 ~ 25 eV范圍內，能量濾波下的對比度調整揭示了熔融單晶α-Al基體的結構細節(jié),，其中包含多個10 ~ 20nm的Si析出相(1)、富α-Al區(qū)(2)和富Si區(qū)(3),，以及缺陷空洞(4),。由于液體通過含有合金(5)的5- 15納米厚的氧化殼噴射，并在熔化過程中破裂,。

與傳統(tǒng)TEM成像相比,，零損耗濾波提高了粒子結構的對比度和分辨率，因為非彈性散射電子造成的模糊和色差被消除了(Reimer和Kohl, 2008),。然而,，粒子內部結構細節(jié)在零損耗(彈性電子)圖像中顯示(見上圖;由于其厚度為223 nm, 0±5 eV)幾乎不可見。

這些現象嚴重依賴于沉積材料的熱和物理性能,，以及工藝參數,，包括激光功率和強度剖面、粉末流率,、速度和軌跡,，以及掃描幾何形狀和激光通過的頻率。因此,，許多正在進行的研究旨在建立對控制DED的潛在機制的基本理解,，以適當地對隨之而來的微觀組織、殘余應力和缺陷進行自適應控制,，最終目標是優(yōu)化材料性能和性能,。

機上粒子加熱
注入的粉末顆粒從噴嘴中出現，并與激光束相互作用,。根據工藝條件和局部功率密度,，粉末在減弱激光束的同時吸收熱能。因此,，粉末顆粒在向基體表面移動的過程中會被加熱并可能熔化,，這取決于存在的熱場和動量場。圖4a顯示了粉末顆粒與激光束相互作用的熱圖像的一個例子。圖4b所示的幾何關系顯示了粒子到達熔體時,，軌跡和入射角對溫度的影響,。粉末顆粒向熔池移動時所吸收的熱能取決于顆粒的密度和相關的熱物理性質，以及顆粒的形態(tài)和尺寸分布;在激光束中的停留時間和氣體速度也影響了熱傳遞,。

圖4 (a) 1000 W激光功率下,，被加熱的粉末顆粒在噴嘴出口處的熱圖像，(b)幾何關系,。(c和d)根據Beer-Lambert定律和粉末噴霧模式,，激光在飛行過程中被粉末吸收和散射，能量分配,。(e)實驗裝置顯示了位于DED系統(tǒng)上方的熱測量系統(tǒng),，以及(f)當第5層沉積時，從頂部看的WC-Co樣品的熱圖像,。

在相關的研究中,，詳細地研究了316L SS粉末和Nd:YAG激光器的能量分配情況。數值和實驗結果表明,，襯底吸收了30%的激光功率,，反射了大約54%的激光功率;粉末的吸收率為11%，分散粉末的損失率為4%,，沉積粉末的吸收率僅為1%,。類似的結果在另一項關于粉末軌跡和停留時間在激光光束的影響的研究中被報道。

(a)計算出生長200 mm紅外鍺晶體的溫度分布,。(b)同一晶體中的von Mises應力不變量,。

上圖模擬了用于光學應用的200 mm晶體生長過程中的溫度和應力分布。雖然溫度分布看起來很均勻,，但熱彈性應力分布卻呈現出截然不同的情況,，在靠近固體/熔體界面的晶體邊緣處，應力集中程度較高,。很明顯,，當超過一個臨界應力水平時，這將是位錯形核的有利位置,。

激光沉積過程中激光能量的分配也與工作距離(WD)密切相關,，工作距離定義為噴嘴平面到沉積材料表面的距離。在沉積過程中,，WD收斂到一個平衡值,，受到熱能積累的嚴重影響，最初在粉末質量中,，最終在沉積材料中,。吸收的能量轉移到熔池的粉粉沉積或消散到環(huán)境室如果粉,從熔池轉移,如圖4中所示c, d,。正確理解和最終控制d的熱環(huán)境,有必要充分了解LB-P-MP的潛在相互作用。

然而,，考慮到熔池的體積小,、熱梯度大以及固液界面的快速移動，這仍然是一個艱巨的挑戰(zhàn),。例如,，當原料粉末在沖擊到熔體熔池之前經歷高溫時，沖擊過程中的局部變形及其相應的溫度變化和微觀結構會根據熔體熔池中的局部位置而有所不同,。高速攝影和熱成像,，以及數值模擬，是重要的工具,，可以用來描述衰減效應,，粒子對激光束，粒子熔化,，和粒子池相互作用行為在DED過程中,，而高速熱成像提供了與熔池附近的熱行為(即熱梯度和冷卻速率)相關的詳細信息。

熔池的熱行為
激光束沖擊在沉積材料的表面,，導致一個聚焦和快速移動的熔池在DED期間。為了更好地理解微結構演化的機理,，不僅需要了解激光與熔池的相互作用,，還需要了解熔池中存在的時空熱場。監(jiān)測沉積過程中的熱基特征(如熔池溫度梯度和冷卻速度),，可以預測顯微組織演化特征(如枝晶臂間距和晶粒形態(tài)),、機械性能(抗拉強度和耐磨性)和缺陷形成(如:孔隙和裂縫)。因此,，非接觸式熱成像,，如可見和近紅外(IR)輻射測溫法，可用于確定熔池的熱特性和相關的冷卻速率,。

在一項相關研究中,，利用單波長高速數字電荷耦合器件(CCD)攝像機測量了316L SS在DED沉積過程中獲得的熱圖像。利用650 nm寬帶通濾光片和遠攝鏡頭對沉積路徑進行成像,。316L不銹鋼凝固界面溫度為1650 K,，激光功率達到275 W時熔池尺寸增大。這些結果表明,，激光掃描的冷卻速率為~ 103 K/s,，在最低功率和最高掃描速度下可以獲得最高的冷卻速率。另一個實驗研究涉及高速數字CCD攝像機的頂部視圖的熔化池也被報道了,。這些研究中的相機是靜止的,，并且與激光具有相同的焦點。

包括雙模濾波器的平面?zhèn)鬏攷�通濾波器的幾種常用結構

平面帶通濾波器最常用的配置是直接耦合、平行耦合,、數字間耦合,、梳狀線、發(fā)夾線,、雙模環(huán)形和方片諧振器,，其中一些如上圖所示。直接耦合諧振濾波器的長度過大,，可以通過使用平行耦合的幾何結構來減少,。并行耦合可以更強，以實現更大的帶寬,。數字間組合和發(fā)夾線具有側對側腔間耦合方案,，如果抑制雜散響應，濾波器可以變得緊湊,。此外,，它們是窄頻帶設計的良好候選。該雙模環(huán)形諧振器和方片諧振器可以同時誘導出空間上正交的兩個諧振模式,，并由兩條正交排列的輸入輸出線激發(fā),。這兩種模態(tài)之間的耦合是通過一個拓撲擾動來實現的，該擾動發(fā)生在對稱軸上,，相對于輸入和輸出線,。

因此，通過這種方式,，相機始終處于對焦狀態(tài),，并且可以在不考慮x、y和z位置的情況下成像熔池,。采用原位高速熱成像技術(如圖4e和f所示),，結合有限元分析(FEA)，研究了WC-Co陶瓷在DED過程中的熱行為,，為研究影響微觀組織演化的因素提供了基礎,。該圖像以顏色顯示，以開氏度表示溫度,，而x軸和y軸上的值顯示像素的圖像大小,。白色箭頭表示激光束的橫向方向。原位高速熱成像可用于量化熔池附近區(qū)域的熱梯度和冷卻速率,，而三維有限元則可覆蓋整個熔池沉積區(qū)域,。在不反彈的粒子通過激光束的情況下，存在一個閾值z-高度,，低于這個閾值粒子將浸入熔池中,，高于這個閾值粒子將完全錯過熔池,。

另一種熱成像系統(tǒng)，即雙波長高溫計,，因其利用了兩種不同波長的輻射相對強度的比值而受到了研究DED過程的關注,。這種方法的一個優(yōu)點是，它獨立于絕對發(fā)射率值,，從而提供了更精確的溫度測量,，據報道誤差范圍在±6 °C之間。用成像高溫計在1500 ~ 2500 K的動態(tài)范圍內對316L不銹鋼的熱行為進行了研究,。熔池的熱梯度和冷卻速率和周圍地區(qū)來自溫度剖面,顯示的溫度梯度池的中心是102年～ 103 K /毫米,這102年的冷卻速率是～ 104 K / s d處理區(qū),。熱成像方法的一個局限性是不能獲得沉積構件的整個熱歷史，特別是固化材料的溫度變化,。

顆粒融化池交互
現場監(jiān)測可以提供工藝參數對粉末流動影響的關鍵信息,，包括激光-熔體池相互作用、激光-顆粒相互作用,、熔體池動機械和孔隙形成,。使用高速攝影機進行了一項研究，以測量飛行中粒子之間以及與熔池之間的相互作用,，為分析和理解顆粒熔化和顆粒池相互作用的DED過程提供了有用的信息,。圖5顯示了粉末顆粒移動和撞擊熔池時的一些顯著細節(jié),。結果顯示,，單個粉末到達熔體表面，導致波紋的形成,。

圖5 粉末流(a)從噴嘴前端到基板，(b)從一個噴嘴捕捉粒子速度,，(c)低速視頻(10 kHz)提供(d) 100萬個粒子數據集,，以識別噴霧的空間濃度，(e)在單道沉積過程中飛行,，(f)各自的粒子軌跡跟蹤,，和(g)中繪制的速度分量。

這些顆粒在表面停留了~ 0 ~ 600 μs,，然后被吸收到熔體中,。在某些情況下，粒子在與已經存在于表面的粒子相互作用后從表面反彈,。為了提供粒子速度分布的統(tǒng)計信息,，我們從高速圖像中追蹤粉末軌跡(圖5f)。此外,，本研究還制定并實施了三相(氣,、液,、固)計算流體動機械(CFD)模型，以確定控制顆粒碰撞,、熔體池動機械和潤濕性的機制,。然后將計算流體動機械模型結果與316L SS中單個顆粒的實驗結果進行比較�,？傊�,，本研究有助于建立材料熱物理性質、停留時間,、粒度和溫度,、沖擊速度、熔池條件和表面張力在DED過程中的影響,。

Cunningham等人在最近的一項基礎研究中,，使用Ti-6Al-4V基板測量了單軌激光與材料的相互作用。利用原位成像(圖6a)可以看出,，氣相抑制和鎖孔形成的演化依賴于輸入的激光能量,。研究發(fā)現，較低的激光功率和相應的輸入能量會降低激光的有效鉆速,，從而減少鎖孔發(fā)生的次數,。

圖6 (a)在Ti-6Al-4V構建板上進行的單軌激光實驗(固定激光)顯示了固體材料在0-1.7 ms時間范圍內熔體池的演化和相應的蒸氣壓“鎖孔”。(b)激光功率為250 W,，掃描速度為100 mm/s的DED模擬實驗中,，腔體、熔池,、孔隙率和濺射的演化,。

在另一項研究中，使用高速x射線成像來表征粉末流動和激光與熔池的相互作用,。采用專門設計的DED儀對Ti-6Al-4V粉末的沉積過程進行了成像,。研究結果為激光-熔池相互作用對孔隙形成的影響提供了新的見解。圖6b提供了氣孔的形成和小孔孔的演化的有趣細節(jié),。圖中還顯示,，熔池底部附近的空腔坍塌導致粒子從表面噴射(即，這被描述為濺射),。一般情況下,，濺射是由于蒸汽-等離子體羽流引起的較大壓力梯度或反沖壓力的存在，有助于在DED過程中穩(wěn)定熔池,，可能導致表面缺陷的形成或表面粗糙度的增加,。

激光-導線相互作用
在基于激光絲的電火花線切割（EDD）技術中，這是一種基于填充絲的激光焊接技術,，該工藝對激光束和焊絲之間的相互作用也很敏感,。與激光-物質相互作用相關的研究結果不一定適用于粉末基和金屬絲基的電火花加工,，因為這兩種工藝不同。除激光功率,、橫向速度和送絲速率外,，還有其他參數影響送絲器和激光束之間的相互作用，如激光/導線或激光/基板角度,、相對于熔池的線頭位置,、導線突出距離和送絲方向，需要仔細調整,。在加工過程中,，金屬絲通常通過球狀轉移、平滑轉移或插入來沉積,�,；�本上要求熔線尖端始終與熔池物理接觸，以實現無缺陷沉積,。

為實現良好的工藝穩(wěn)定性,，開發(fā)并實施了基于視覺傳感和圖像處理的閉環(huán)工藝監(jiān)控和控制，用于基于激光線的沉積工藝,�,？梢允褂没パa金屬氧化物半導體（CMOS）相機監(jiān)測沉積過程中導線尖端和熔池之間的相互作用。視覺反饋有助于識別任何干擾并評估控制器的效率,。金屬絲尖端進入激光束和隨后進入熔池之間的時間間隔取決于金屬絲噴嘴的位置和角度,。當接觸過多的能量時，金屬絲尖端會過早熔化,，形成熔融金屬絲的液滴,，導致形成“薄弱環(huán)節(jié)”，而不是平滑轉移的情況,。如果送絲速度相對于熔池的能量輸入過高,，則焊絲可能未適當熔化，從而增加未熔合（LoF）缺陷的風險,。對已發(fā)表文獻的回顧表明，對控制激光束和導線相互作用的基本機制的研究仍然相對有限,，需要進一步的工作,。

上圖給出了焊接電壓和電流輸出的金屬過渡模式函數，它們的值直接影響熔滴過渡模式和過程的穩(wěn)定性,，從而決定了電弧過程的類型,。傳統(tǒng)電源的主要困難在于控制過程中的這些變量。電子和數字控制提高了電弧的精度,。20世紀90年代,，計算機的發(fā)展使設計特殊波形成為可能,，目的是改善電弧和金屬沉積的時機。

上述高速成像等可視化技術仍在不斷改進,，并提供了關鍵的新功能,，有助于深入理解與激光材料相互作用和DED材料加工過程中微觀結構演變相關的一些基本科學問題。例如,，控制孔隙形成和殘余應力演化的機制是什么,？我們預計，在制造日益復雜的DED組件的需求推動下,，新的和更復雜的可視化技術將繼續(xù)發(fā)展和成熟,。功能梯度復合材料、定向凝固部件和非平衡微觀結構的最新研究提供了此類復雜性的最新實例,，這些通常需要工藝參數的不尋常組合,。

DED中的主要處理變量
用DED技術制造高質量的零件并不是一項簡單的任務。熔敷過程與許多工藝變量有關,，這些變量控制著沉積體的熱歷史和凝固,，并顯著影響著沉積體材料的組織、物理和機械性能,。在本節(jié)中,，主要的工藝參數決定了DED過程及其對沉積材料的顯微組織和行為的影響。此外,，還討論了當前和潛在的工藝優(yōu)化技術,。

DED過程使用激光、電子束或等離子體/電弧形式的聚焦熱源,。因此,，用DED工藝制備的樣品經歷了重復的熱循環(huán)和非常高的熔池冷卻速度(激光熔化103-105 K/s)，在凝固時,，會產生細小的,、不平衡的顯微組織和高殘余應力，在某些情況下還會出現開裂,。對于吹粉DED過程,，影響沉積材料的過程參數分為三個主要分支:(1)系統(tǒng)(規(guī)格)相關，(2)原料(在這個例子中是粉末)相關,，(3)過程(沉積)變量相關,。這些如圖7所示。圖7中所列的復雜的熱歷史和大量的工藝參數使得很難完全表征和研究每個參數對沉積材料的影響(以及它們的交聯(lián)作用),。

圖7 DED工藝參數圖,。

值得注意的是，與焊接工藝相似,，DED工藝高度依賴于粉末原料材料的不同性質,，包括化學成分,、熔化溫度、導熱系數,、反射率,、比熱容、熔體粘度,、熔體表面張力,、光譜發(fā)射率等。材料性能對沉積過程的高度依賴導致需要對特定材料的工藝進行優(yōu)化,。近年來,，各種數值模擬和現場監(jiān)測技術伴隨著閉環(huán)自適應控制被提出來解決這一挑戰(zhàn)，預測,、關聯(lián)和控制給定材料的最佳工藝參數,。圖8所示為組合梯度火箭噴管加工的原理圖工作流仿真示例。這種模型可以通過模擬熱,、凝固,、顯微組織和性能數值模擬來模擬沉積過程，從而基于預先定義的幾何形狀和材料屬性來確定最佳工藝參數,�,；�于模擬的最優(yōu)工藝參數，結合現場監(jiān)測技術和閉環(huán)反饋控制,，按照預先設定的刀具路徑執(zhí)行沉積過程,。

圖8 結合有限元模擬、現場監(jiān)測和反饋控制優(yōu)化工藝變量的關鍵部件DED AM流程圖,。

迄今為止,，這種先進而復雜的現場模擬-監(jiān)測-控制方法仍被認為是一個巨大的挑戰(zhàn)。其中,，對零件加工過程中形成的缺陷(如氣孔,、LoF缺陷、變形,、夾雜物等)和其他工藝特征(如熔體池幾何形狀和溫度,、粉流分布、沉積高度等)進行在線檢測和原位修復,，并有足夠的響應時間是限制因素,。然而，先進的自適應控制和基于機器學習算法的現場監(jiān)測技術的引入,，在優(yōu)化眾多工藝參數、執(zhí)行在線過程監(jiān)測和控制沉積過程過程中顯示了非常有前途的能力,。

基于實驗的過程優(yōu)化工具,，如實驗設計(DOE)方法,，被認為是標準實踐。DED工藝參數及其交聯(lián)協(xié)同和拮抗作用直接影響沉積材料的顯微組織,、機械和物理性能,。雖然已有許多報道研究了DED過程相關參數對沉積態(tài)材料性能的影響，但交聯(lián)作用之間的相關性尚未深入研究,。

兩相流體的質量流量最好直接測量,，首先分離兩相，然后用文丘里流量計或校準孔板分別測量液體和蒸汽的流量,。上圖為文丘里流量計圖,。

激光功率、激光掃描速度(也稱為橫向速度)和粉末質量流量(PMFR)被認為是實際中三個主要的DED處理變量,。另一方面,，基于初步的材料特異性實驗數據，通常將艙口間距,、能量源直徑,、z階躍、工作距離等參數在整個優(yōu)化過程中定義為常數,。這通常是通過沉積和分析單/雙軌與各種加工參數集,。

有效能量密度E (J/mm2)和粉末密度F (g/mm2)這兩個參數通常被用作表示與連續(xù)沉積和沉積長徑比相關的主導工藝參數組合的因子：


其中，P為激光功率(J/s),， ν為激光掃描速度(mm/s),， d為激光束直徑(mm)，

G為粉體質量流量,，G /s,。

這兩個參數共同控制激光的有效停留時間，并直接影響熔池溫度,、冷卻速度和最終的顯微組織,。此外，粉末的流動速率影響了粉末固結面附近的激光衰減,，從而間接影響了粉末的能量密度,。在最近的一項研究中，Traxel等人表明了一個比較參數S對于DED過程是很有意義的,，其中S被定義為:


比較參數類似于Simchi的能量輸入關系,，然而，它對于DED進程更有用,。在最近的另一篇報告中,，DED被用于Inconel 718的沉積[。結果發(fā)現，晶粒形貌,、枝晶臂間距和孔隙率等微觀結構特征(圖9a和b)隨激光能量密度的變化而顯著變化,。與變形形態(tài)相比，沉積態(tài)的Inconel 718的平均晶粒尺寸和枝晶臂間距減小,。這歸因于DED過程中固有的高冷卻速率,。圖9c-e為使用Ti-6Al-4V的多道實驗中S的影響。增大S中粉末的流動速度會降低總能量輸入,，因為更多的質量被輸送到熔體池中,，這就需要更多的能量來熔化材料。

圖9 (a)激光能量密度對晶粒形貌和平均晶粒尺寸(AGS)的影響,，(b)沉積態(tài)Inconel 718的孔隙率 (c)使用LENS™進行DED加工設計的原理圖和工作流程,。(d)不同粉末流速下的初始沉積軌跡，(e)不同流速下的沉積特征,。

實驗中,，完全熔化的粒子被選擇為一個質量建設的主要因素。然而,，所有其他因素,，包括高寬比和建筑高度，都被視為次要指標,。能量密度和粉末密度對AISI M4工具鋼單層沉積高度的影響也有報道,。結果表明:鍍層的平均層高隨能量密度和粉末密度的增大而增大;此外，可以觀察到線性相關,，從而可以預測給定能量和粉末密度下的沉積高度,。

在Inconel 718的DED中，激光能量密度被認為是一個穩(wěn)健的參數,，在相似的能量密度下會產生相似的材料孔隙率,。然而，最近的一篇報道表明,，即使在Al-Mg合金的DED中有相同的能量密度,，得到的材料密度也是不同的。結果的差異表明,，比能量密度不能作為一個單一的穩(wěn)健的過程參數,，但一個應該考慮額外的因素，如原料材料特性和粉末質量流量,。原料材料的激光反射率,、導熱系數、熔池表面張力等性能直接影響到沉積態(tài)材料的性能和缺陷的形成,。例如,，為了完成鋁基合金粉末的完全熔化,，由于其固有的高表面反射率和高導熱系數，需要較高的能量輸入,。

這就導致了一個不穩(wěn)定的熔池的演化和過度的熱能積累,，這可能會導致沉積材料中出現裂紋、氣孔等缺陷,。此外，熔化這些粉末所需的高激光能量也可能會影響沉積材料的最終成分,，因為低熔點合金元素如Mg,、Zn等會汽化。因此,，這種化學成分的變化可能會影響最終的顯微組織,、孔隙率、機械性能和耐腐蝕性,。另一方面,，激光能量不足可能會導致粉末原料無法適當熔化，導致沿圓周形成球化效應或空洞,。

在吹粉DED過程中,，原料通過沉積頭噴嘴進入熔池。因此,，粉體質量流量是決定入熔池的原料量的重要參數,。然而，進入熔池的材料量也取決于沉積頭的移動,，這相當于激光掃描速度,。因此，激光掃描速度可以控制能量密度和材料進入熔池的數量,。多項研究表明,，激光掃描速度影響熔池的凝固行為。因此,，它顯著影響了沉積材料的組織和機械性能,。粉末流量和激光掃描速度的結合決定了每加入一定量粉末到熔體中激光的有效停留時間。一般來說,，停留時間的增加會增加進入熔池的粉末的體積和能量的輸入,，從而產生更大的沉積物。然而,，增加粉體密度并不是影響粉體集水效率的唯一參數,。粉末原料的集水效率被定義為粉末在熔池中被吸收。材料的物理性質,，如熔池溫度,、表面張力和粉末流動彌散特性也會影響集水效率,，從而影響沉積物的幾何性質。

圖10 不同激光功率下實驗與模擬單軌鍍層的俯視圖(a)和側視圖(b),。激光功率對Inconel 718鍍層幾何形狀(c)和穿透深度(d)的影響,。

通過三維數值模擬結合驗證實驗，研究了Inconel 718中熔池和礦床幾何形態(tài)的演化,。結果表明,，激光功率的增加不會影響熔敷層的高度，但會導致熔池寬度和穿透深度的增加(圖10),。激光功率的增加導致了熔池表面積的增加,，從而提高了集水效率。因此,，增加的粉末質量分散在更大的熔池上,，因此它對沉積高度的影響很小。

在高沖擊的工業(yè)應用中,，3D零件的DED加工及其獨特的功能如表面覆蓋和修復的需求越來越大,，高效的工藝優(yōu)化成為必要。然而,，盡管許多研究試圖描述各種DED工藝參數對沉積材料的微觀結構,、缺陷形成和性能的機制和影響，但對其調控機制以及它們之間的協(xié)同和對抗相互作用尚未完全了解,。


來源：Directed energy deposition (DED) additive manufacturing: Physicalcharacteristics, defects, challenges and applications,，MaterialsToday， https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.03.020
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