過程穩定性和控制在激光金屬沉積（LMD）中非常重要。理想情況下，必須解決加工過程中的異常和偏差，以防止中斷過程。弗勞恩霍夫生產技術研究所（Fraunhofer IPT）的研究人員與行業合作伙伴，將成像檢測方法光學相干斷層掃描(OCT)集成到用于線基激光金屬沉積 (LMD-w)的同軸工藝中。新的OCT測量方法不僅可以記錄焊接過程，還可以在使用過程中控制質量和過程，減少廢品。
LMD-w是一種增材制造工藝，其中金屬絲作為填充材料在激光的幫助下以焊珠的形式焊接到工件上。這些焊珠中的幾個彼此相鄰產生一層，數層堆疊后產生組件。由于LMD-w僅在需要的地方應用材料，因此這是一個資源節約的生產過程。迄今為止，LMD-w的復雜工藝開發和低工藝穩定性，阻礙了特殊修復工藝和耐磨涂層在更廣泛的工業領域中應用。
在“TopCladd——基于在線形貌表征的精密金屬涂層的自適應激光沉積”研究項目中，研究團隊首次為同軸LMD-w系統配備了OCT系統，以穩定和主動控制激光工藝。OCT技術起源于眼科，是一種基于短相干干涉法的測量過程，用于導出斷層掃描橫截面的非接觸式高分辨率圖像。結合高測量頻率，OCT可用于在過程中直接檢查和優化材料沉積的表面質量。
機器集成監控系統傳統上用于LMD中，可以立即檢測和解決異常和偏差以防止中斷過程。這些系統可以直接在現場檢查過程并開始糾正。經過研究，團隊成員認為，未來這種檢測首發允許基于線材的材料沉積用作成熟的3D打印工藝。
實現工藝穩定性的途徑
激光金屬沉積質量主要取決于焊縫表面：表面越是波紋，部件質量就越低。為了使沉積過程更穩定并產生更高質量的焊縫，必須記錄每道工藝步驟。這樣，質量差的焊縫才可能被修復，并使焊接工藝適應未來的生產。
研究人員使用普通光學器件，是因為波長不同彼此不會相互干擾，將OCT系統同軸集成到激光加工頭中。
一種稱為軸錐的錐形透鏡和棱鏡形光學器件，確保處理和測量光保持同軸。光學設計允許測量激光在金屬絲周圍循環掃描焊縫，從而實現獨立于焊接頭移動方向的多方向測量。通過這種方式，可以測量整個工件。
使用OCT進行主動過程控制
據該團隊稱，使用OCT系統可以檢查焊縫表面從固體到液體的相變，從而檢查最終焊縫幾何形狀的特征。團隊獲得的數據表明，如有必要可以在相鄰或上覆焊道中調整激光工藝。此外，研究人員使用OCT/LMD-w機制可以精確繪制整個熔體軌跡的表面結構。目前，他們正在開發基于數據的過程適應和控制的工藝模型。對激光工藝產生的影響將開啟一系列新的應用。
“借助OCT系統，我們將來不僅可以在激光金屬沉積過程中不僅可以疊加一層或兩層，而且可以疊加任意數量的層。通過這種方式，LMD-w已升級為成熟且可持續的增材制造工藝。”Fraunhofer IPT 高能束工藝部門負責人Robin Day表示。來自德國和比利時的其他項目合作伙伴是Deltatec SA、Dinse GmbH、Laserco SA、Precitec GmbH & Co. KG 和 Quada V+F Laserschwei?draht GmbH。
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