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利用定向能量沉积技术回收金属间钛铝航空发动机部件
摘要。钛铝化物 (TiAl) 合金是一种金属间化合物，与镍基高温合金相比，它具有低密度、高熔点、良好的抗氧化和耐腐蚀性。因此，这些合金用于航空发动机部件，如涡轮叶片、燃油喷射器、径向扩散器、发散襟翼等。在运行过程中，航空发动机部件在氧化和腐蚀环境中承受高热负荷，导致磨损和其他材料损坏。由于交货时间长且费用高昂，更换整个部件可能并不可取。在这种情况下，维修和翻新可能是回收 TiAl 部件的最佳选择。不幸的是，目前还没有针对 TiAl 基部件的认可修复技术。基于增材制造 (AM) 的定向能量沉积 (DED) 可以作为帮助修复和恢复昂贵航空发动机部件的一种选择。在本文中，回顾了利用 DED 技术局部修复受损的 TiAl 基航空部件的努力。更换整个 TiAl 部件是不可取的，因为这样做成本昂贵。DED 是一种很有前途的技术，用于生产、修复、返工和大修 (MRO) 受损部件。考虑到航空工业的高质量标准，对 DED 修复的 TiAl 部件进行认证以供未来在飞机上使用非常重要。然而，目前尚无关于 TiAl 修复部件认证的标准。案例研究表明，人们正在考虑使用 DED 修复 TiAl 部件。在一台机器上完成加工、修复和精加工功能的混合技术是一种提高修复效率的有吸引力的实施策略。审查表明，对基于 DED 的修复技术的开发和应用的研究有限，这表明非常需要进一步研究。
定向能量沉积工艺激光功率优化
定向能量沉积 (DED) 工艺的有限元模型可预测高速钢长方体样品制造过程中的热历史。模拟结果验证依赖于测量数据和预测数据之间的比较，例如基体内部的温度历史和最后一层涂层的熔池深度。这些 DED 模拟集成在优化循环中，可确定两个可变激光功率函数，它们能够产生恒定的熔池大小。这些函数有望在各层上提供均匀的微观结构。计算出的热场和由三个 AISI M4 实验产生的微观结构是相互关联的，这些实验是在恒定激光功率情况下进行的，两个优化函数位于沉积物内不同深度的三个关注点处。观察到熔体过热温度和热循环历史对微观和纳米硬度测量的影响。因此，优化的激光功率函数为样品提供了比恒定激光功率函数更均匀的微观硬度，但是，整个沉积的 M4 钢层的纳米硬度图并未完全证实微观结构的均匀性。
激光定向能量沉积中增强的冷却速度......
图 4：a) 显微照片显示层和感兴趣的区域。黄色虚线表示熔池边界。黄色框表示拍摄高倍显微照片的区域，b)-e) 高倍显微照片，b) 层 11 CS，c) 层
同步加速器成像得出定向能量沉积增材制造 IN718 的工艺参数与构建质量之间的关系
激光增材制造正在改变多个工业领域，尤其是定向能量沉积工艺。广泛采用这种新兴技术的一个关键挑战是形成不良的微观结构特征，例如孔隙、裂纹和大的外延晶粒。由于工艺的瞬态性质和涉及的参数数量，建立工艺参数与材料特性之间关系的试错法存在问题。在这项工作中，使用定向能量沉积增材制造 IN718 的工艺参数、熔池几何形状和构建质量测量之间的关系，使用神经网络作为广义回归量以统计稳健的方式进行量化。数据是使用原位同步加速器 x 射线成像获取的，为我们的分析提供了独特而准确的测量值。对重复测量变化的分析显示了异方差误差特性，这些特性可以使用原则性的非线性数据转换方法来解释。分析结果表明，表面粗糙度与熔池几何形状相关，而轨道高度与工艺参数直接相关，表明有潜力直接控制效率和层厚度，同时独立地最小化表面粗糙度。
使用域自适应神经网络进行多层定向能量沉积过程中的实时层高估计
金属增材制造 (AM)，例如激光直接能量沉积 (DED)，因其能够为各种工业应用制造近净成形的复杂部件而越来越受欢迎。然而，DED 过程中的几何控制，尤其是在急转弯处的几何控制仍然是一项艰巨的任务。为了实现几何控制，几何估计以确定工艺参数和几何属性之间的关系至关重要。在本研究中，使用激光线扫描仪、视觉相机和域自适应神经网络 (DaNN) 为 DED 开发了一种实时层高估计技术。重点放在多层沉积期间尖角处的层高估计。首先，使用激光线扫描仪收集多层直线沉积数据并构建初始层高估计模型。然后，为了有效地实现角落沉积期间的层高估计，使用多层直线沉积数据和构建的初始模型建立了 DaNN 模型。使用视觉相机测量角落处的实际移动速度并将其作为输入特征之一输入到 DaNN 模型中。最后，在线更新 DaNN 模型以进一步提高角落沉积期间的估计精度。所提出的技术已通过DED实验验证，结果表明，当在不同角度的角落沉积多层平均高度为 250 µ m 的层时，可以在 0.018 秒内估算出层高，平均精度为 25.7 µ m。
多主元素合金的定向能量沉积
随着使用计算和数据密集型方法探索多主元合金 (MPEA) 的努力不断增加，预测材料特性的实验实现和验证需要对这些合金进行高通量和组合合成。虽然增材制造 (AM) 已成为解决这些挑战和通过零件制造进行快速原型设计的主要途径，但开发和理解工艺-结构-性能相关性的广泛研究迫在眉睫。特别是，基于定向能量沉积 (DED) 的 MPEA AM 前景广阔，因为功能分级组件制造以及表面熔覆的成分变化可能无限。我们分析了 MPEA 的 DED 的最新努力、各种过渡和难熔元素的激光金属沉积过程中的微观结构演变，并评估了各种加工参数对材料相和性能的影响。我们的努力表明，开发用于工艺参数选择的稳健预测方法和修改合成机制对于使 DED 平台能够重复生产无缺陷、稳定和设计 MPEA 至关重要。
散装NB-TA-TI-TI-ZR难治性复合物浓缩合金的定向能量沉积
散装NB-TA-TI-ZR难治性浓缩合金（RCCA）是通过元素粉末的等准组混合物的定向能量沉积（DED）的加成制造方法制备的。在化学成分的成本和变异性方面，使用元素粉代替预合金粉是有益的。但是，要优化沉积参数更需要。使用扫描速度的变化来研究不同热输入的影响。发现降低的扫描速度有效地减少了微观结构中存在的未溶解的NB/TA颗粒的数量。在沉积过程中采用了预热至500℃的平台，从而在所研究的沉积样品中获得了最佳的微观结构均匀性。最后，进行了1400°C/24 h的均质化退火。尽管对完全TA颗粒溶解的热 - 钙预测，但它们仍然存在于材料中。必须通过优化沉积参数来实现从元素粉末产生的RCCA的合理微结构均匀性，而对于粉末颗粒大小的尺度上的异质性，同质化退火是不可行的。
激光熔覆（定向能量沉积）中的粉末收集效率。对标准激光熔覆和 ABA 熔覆技术的研究
本文研究了吹粉激光熔覆（一种定向能量沉积技术）中的粉末收集效率。对标准的“逐道重叠”熔覆（“ AAA ”熔覆）和“ ABA ”熔覆进行了比较，其中初始一组间距较大的轨道（“ A ”轨道）之间留下的间隙由后续的“ B ”轨道填充。在这两种技术中，熔池表面是熔覆粉末的收集区域，并且该池的形状会受到多种参数的影响，包括熔覆速度、轨道间距和熔覆技术类型。这里给出的结果来自于对加工过程中拍摄的高速视频和所得熔覆轨道的横截面的分析。结果表明，AAA 熔覆中的第一个轨道与后续轨道具有不同的熔池形状，并且后续轨道熔池的不对称导致粉末收集效率降低。与此相反，“B”轨道熔池与其相邻的“A”轨道之间的几何形状可提高粉末收集效率。
激光与丝相互作用对定向能量沉积中热量和金属传递的影响
本研究探讨了采用原料丝的激光金属熔合。我们研究了各种工艺参数如何影响被丝和工件吸收的光束能量比例以及从原料丝到熔池的金属转移。为了进行这项研究，开发了一个跟踪自由表面变形的热流体动力学模型，以包括实心丝的进给并预测其熔化。金属吸收的光束能量比例被建模为局部表面曲率和温度的函数，考虑了多次菲涅尔反射和吸收。该模型应用于钛合金 (Ti-6Al-4V)，采用 1.07 μ m 激光器和传导模式工艺。进行了各种丝送料速率的实验以评估模型预测工艺的能力，并获得了良好的一致性。研究的不同参数是光束角位置、丝角位置、丝送料速率和光束-丝偏移。模拟结果的分析提供了对激光能量使用的详细物理理解。报告强调，热毛细和瑞利-普拉托不稳定性可能导致从连续金属传输模式向滴金属传输模式的转变。因此，抑制这些不稳定性可能允许使用更宽的工艺窗口。
定向能量沉积单元的设计考虑因素
摘要。设置机器人增材制造机器需要注意几个安全方面，包括不同系统的集成、功能工作区、人机界面和操作的便利性。本文介绍了在设计和组装机器人增材制造单元时应考虑的一些主题。它基于在 SINTEF Manufacturing 的增材制造实验室中设计和组装混合 DED 和研磨单元的经验。该单元旨在确保机器人和增材制造构建单元的安全稳定运行，为实现这一点，它采用钢框架结构，覆盖钢板，并配备通风系统、防激光窗和卷帘门。设计并集成了一个安全系统，以确保单元中运行的不同元件之间的通信和安全机制的协调。