江苏激光联盟导读：

本文对激光-冷金属转移复合增材制造的ELE路径策略进行优化。

图形摘要

送丝增材制造在制造通常包含许多网格加筋板结构的大型航空零部件方面具有很大的潜力。网格中交叉的累积往往会产生孔隙、裂缝和表面不均匀等问题。在之前的工作中，我们提出了一种解决这一问题的方法，即端侧延伸(ELE)，即焊缝轨迹沿交叉截面延伸，并提供了适度的效益。本文继续对ELE路径策略进行优化。焊珠和交叉点通过激光和冷金属转移（CMT）混合增材制造进行沉积。

首先，基于给定的理想CAD模型与模型扫描点云之间的体积偏差，提出了一种交叉口模型的表面质量度量方法;该度量标准用于优化一组参数，包括起始和结束停留时间、焊接电流、行走速度、平行路径偏移距离、扩展和平行路径偏移距离以及交叉中扩展路径长度。实验采用响应面法设计。建立了参数与响应变量之间的二次模型，分析了参数对响应的影响。然后进行变量优化，得到最优设置。在最佳设置下进行的验证测试显示，剖面质量得到了显著提高，这在工业实践中是可以接受的。

1.介绍

增材制造是一种通过切割3D模型并逐层制造零件的过程。它具有低买飞比、短生产时间、低能耗、能制造复杂几何形状产品、产品开发周期短等优点，在航空航天行业有着广泛的应用。

金属增材制造已经开发了多种技术，如基于液滴的3D打印、粉末床融合(PBF)和定向能沉积(DED)。基于液滴的3D打印技术，利用液滴沉积零件，具有快速制造微结构的潜力。PBF使用激光或电子束熔化粉末，粉末被压在封闭的腔室中，通常用于制造小而复杂的零件。能量源包括激光束(LB)、电子束(EB)和电弧等离子体。原料通常包括粉末和金属丝。材料通常在惰性气体(电弧系统或激光)和真空(EB系统)下沉积。DED-LB使用激光形成熔池，并将金属粉末/金属丝送入熔池。该方法适用于复杂结构的生产和零件的维修。

该工艺在真空环境下进行，适用于制备性能优良、沉积速率高的活性合金。线材电弧增材制造(WAAM)是以电弧为能源，以金属丝为原料。WAAM在生产中、大型零件方面具有低成本、高沉积率和潜在的无限体积的优势。在屏蔽环境下，WAAM还可以制备反应性合金，如Ti-6Al-4?V。通过适当的热处理和后加工，WAAM可以高效地生产高质量的航天零部件。

增加物理逼真度，显著改变传热，熔池深度和流动。红色伪色对应4000K上限的温标，蓝色为293K。红色的轮廓线是熔体线。激光(功率150 W)向右移动10 μs(速度1 m/s)，将粉末颗粒照亮。熔体轨迹是三维模拟的2D切片(激光功率为200 W，扫描速度为1.5 m/s)，展示了改进的物理建模对熔体池的影响。

L-PBF是一个热驱动过程，需要对其进行精确建模。激光能量沉积在粉末射线的交点上。为了减少计算复杂度，光线在反射时不跟随。直接激光沉积是对文献中常用的体积能量沉积(能量作为固定z轴参考的函数)的一种改进。首先，在现实中，热是在激光照射到粉末颗粒表面并向内扩散的地方产生的，而均匀沉积则均匀地加热颗粒的内部体积。其次，光线跟踪表面，可以重现阴影。在图a中，150W的高斯激光束最初以位于衬底上的27 μm粒子为中心，并以1 m/s的速度向右移动。对于体积能量沉积，粒子内部各处同时发生熔化。与衬底的润湿接触迅速增加，人为地增加了散热。另一方面，在真实的激光追踪中，熔化是不均匀的，因为它首先发生在粉末颗粒表面。与均匀激光沉积相比，粉末颗粒内部积累了更多的热量，因为它通过狭窄的点接触缓慢释放到基片。如果沉积的热量不足，则颗粒会部分熔化，并导致表面和孔隙缺陷。激光追踪热源有助于更好地耦合表面热传递和熔体流体动机械背后的物理。

Al-Cu合金以其高强度重量比、高刚度和优良的焊接性在航空航天工业中有着广泛的应用。Bai等人使用钨惰性气体(TIG)增材制造生产了2219铝薄壁和几种组件。研究了采用CMT工艺生产低气孔率、机械性能良好的2319铝合金零件。与传统的熔融惰性气体(MIG)工艺相比，CMT工艺具有热输入少、飞溅少的特点。CMT有不同的版本，包括常规CMT、CMT- pulse (CMT- p)、CMT- advanced (CMT- adv)和CMT- padv (CMT-padv)。