国外团队开发线基激光金属沉积工艺，拓宽工业应用

2022-03-07 10:11

弗劳恩霍夫生产技术研究所(Fraunhofer Institute for Production Technology IPT)与多家产学研机构合作了为期四年的“TopCladd”项目，并将光学相干层析成像(OCT)集成到一种同轴工艺中，用于线基激光金属沉积(LMD-w)。这种工艺主要是在激光的帮助下，把金属线通过焊接珠连接到工件上，它可以用于稳定和主动控制激光过程、减少废料。

它的目的是实现LMD-w在特殊修复工艺或耐磨涂层应用之外的更广泛的工业应用。迄今为止，由于其复杂的工艺要求和低稳定性，LMD-w的应用一直受到限制。

而未来，LMD-w预计将成为一种成熟的3D打印工艺。这种工艺的成品质量主要取决于焊缝表面：焊缝表面越差，构件质量越低。为了使焊接过程更加稳定，产生高质量的焊缝，可以记录单个的工艺步骤，使质量较差的焊缝可以在随后进行修复，并使焊接工艺适应未来的生产。

OCT可用于检测焊缝从固体到液体相变时的表面，从而检测最终焊缝几何形状的特征。根据所获得的数据，在必要时可以在相邻或覆盖焊缝中调整激光工艺。

因此，研究人员将OCT同轴集成到LMD-w系统的处理头中。激光器和OCT系统采用普通光学，但由于波长不同，不会相互干扰。

轴锥和棱镜形状的光学系统确保处理和测量光保持同轴。这使得测量激光可以围绕中心运行的金属丝圆周扫描应用的焊缝，使多方向测量成为可能，独立于焊接头移动的方向。这样，可以在不遮挡测量光的情况下对整个工件进行测量。

该集成系统能够精确绘制整个熔体轨迹的表面结构。利用项目中收集的过程数据，弗劳恩霍夫生产技术研究所的人员正在开发一个基于数据的过程适应和控制的过程模型。在此基础上，激光工艺将变得更加可靠，并打开一个广泛的新应用领域。

“有了OCT，在未来的激光金属沉积过程中，我们将不仅能够应用一到两层，而且可以应用任何数量的层，”夫朗霍夫IPT的高能束工艺部门负责人罗宾·戴(Robin Day)说。“通过这种方式，LMD-w已经升级为成熟和可持续的增材制造流程。”

“TopCladd”项目的其他合作伙伴包括：Deltatec、Dinse、Laserco、Precitec和Quada V+F Laserschweiβdraht。