直接激光沉積技術(shù)（DLD）作為一種高可靠性制造方法，是公認(rèn)的有效金屬增材手段之一。DLD是緊急維修和外層空間操作等復(fù)雜工況條件下的一種常見加工工藝。尤其近些年，DLD在高價(jià)值零件、復(fù)雜零件和多材料復(fù)合零件的修復(fù)和制造行業(yè)中變得越來越重要，已被廣泛應(yīng)用于精密制造領(lǐng)域，但其工藝參數(shù)（如激光功率、掃描圖形等）容易導(dǎo)致尺寸精度和結(jié)構(gòu)特性的變化。目前已經(jīng)提出了許多方法來分析變形和殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原理，但仍然很難評(píng)估在快速熔化和凝固過程中溫度和應(yīng)力的影響。近期，東北大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所和中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司的科研人員基于多層DLD中的熱-力學(xué)關(guān)系，建立了三維有限元模型，并將連續(xù)激光沉積（CLD）和脈沖激光沉積（PLD）的溫度和殘余應(yīng)力差異與數(shù)值模型進(jìn)行了比較[1]。研究表明：
1.從所提出的仿真模型中得到的溫度結(jié)果與從熱電偶收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（三個(gè)測(cè)量位置的結(jié)果誤差在10%以內(nèi)，而實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束處的誤差高達(dá)20%）顯示出合理的一致性；
2.在每個(gè)沉積層的末端，溫度場(chǎng)顯示（注：指CPLD和IPLD）PLD工藝比CLD工藝?yán)鋮s更快。這表明脈沖間隔減少了沉積層中的熱量積累；
3.所采用的IPLD工藝顯示出更均勻的殘余應(yīng)力分布，這歸因于溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力的變化較小；
4.隨著沉積層數(shù)的增加，三種工藝（注：指的是CLD，CPLD，IPLD）的高溫逐漸升高；其中，CLD工藝溫度增長(zhǎng)尤其快。由于熱傳導(dǎo)，每層中間區(qū)域的溫度高于兩側(cè)。在沉積開始時(shí)，IPLD工藝的冷卻速率快，但三種工藝的冷卻速度值隨沉積工藝逐漸降低。
文章所報(bào)道的結(jié)果將會(huì)有助于為DLD工藝中的受控?zé)岱e累和應(yīng)力集中分析提供參考。IPLD工藝適用于受變形影響較大的薄壁零件，對(duì)于較大的零件，仍需考慮沉積工藝的效率。
DLD技術(shù)原理示意圖
殘余應(yīng)力的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比數(shù)據(jù)
不同工藝的溫場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布對(duì)比圖 (a)CLD (b)CPLD (c)IPLD
文章中所用到的殘余應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備為日本Pulstec公司推出的型號(hào)為μ-X360s的X射線殘余應(yīng)力分析儀。日本Pulstec公司推出的基于圓形全二維面探測(cè)器技術(shù)的μ-X360系列的X射線殘余應(yīng)力分析儀設(shè)備具有技術(shù)先進(jìn)、測(cè)試精度高、體積迷你、重量輕、便攜性高等特點(diǎn)，不僅可以在實(shí)驗(yàn)室使用，還可以方便攜帶至非實(shí)驗(yàn)室條件下的各種車間現(xiàn)場(chǎng)或戶外進(jìn)行原位的殘余應(yīng)力測(cè)量。我們期待該設(shè)備能助力更多的國(guó)內(nèi)外用戶做出優(yōu)秀的科研工作！
參考文獻(xiàn)：
[1]. Ma, L.; Kong, X.; Liang, J.; Li, J.; Sun, C.; Jin, Z.; Jiao, Z. Thermal and Mechanical Variation Analysis on Multi-Layer Thin Wall during Continuous Laser Deposition, Continuous Pulsed Laser Deposition, and Interval Pulsed Laser Deposition. Materials2022, 15, 5157. https://doi.org/10.3390/ma15155157
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