激光會聚沉積的案例
基片表面傾斜及衍射對激光會聚原子沉積條紋的影響
張寶武，張超超，劉若男，王道檔，沈小燕，余桂英
［摘要］目的：探究基片對激光會聚原子沉積的影響。方法：根據光學勢阱中原子運動的軌跡方程，對會聚場的光學勢阱、原子運動軌跡和沉積條紋等進行了仿真實驗。結果：衍射式光學勢阱使原子軌跡提前會聚，進而與傾斜角一起對沉積條紋的質量參數產生了影響。在正傾時，隨著｜ｘ０｜的增大，條紋半高寬增大，條紋峰值減?。辉谪搩A斜時，隨著｜ｘ０｜的增大，條紋半高寬保持不變，條紋峰值增大；同時隨著｜ｘ０｜的增大，沉積條紋的峰值位置相對于波節的偏移量趨向單調增大。在非衍射條件下，偏移量增大４ｎｍ；在衍射條件下，偏移量增大１５ｎｍ。結論：由于衍射的存在，不管基片表面正傾斜還是負傾斜，基片表面上方沿著ｚ方向都會存在一個直邊衍射式的光學勢阱。
［關鍵詞］計量；激光會聚；光學勢能；衍射；傾斜度
展開 基片表面傾斜及衍射對激光會聚原子沉積條紋的影響
[圖片]
美國Additec：金屬粉末+線材，激光金屬沉積（LMD）3D打印技術
2019年1月，南極熊報道了美國金屬3D打印設備廠商Additec推出的桌面級金屬3D打印機μprinter，下面南極熊對該公司的激光金屬沉積（LMD）技術做一個更加詳細的介紹。
工藝概述：
激光金屬沉積（LMD）是一種焊接工藝，將材料引入由高功率激光產生的熔池中焊接成型，LMD屬于定向能量沉積（DED）工藝的范圍。通常，引入的填充材料是粉末，通過圍繞激光束的錐形環噴嘴注入。 添加的材料形成焊縫，然后涂覆下面的金屬。 該工藝用于包層應用，其中部件的耐磨性增加，在將材料添加到磨損部件的修復應用中，或在復雜幾何形狀的自由形式制造中（3D打?。?。 與其他類型的焊接相比，LMD導致較小的熱影響區，低稀釋和組件中的低殘余應力。
Additec的Wire LMD-WP（線粉）工藝以同樣的方式工作，但是我們使用多個光纖耦合二極管激光源，而不是讓一個激光束通過沉積頭的中心進入，它們均勻分布在頭部中心軸周圍 。 這釋放了固體填充材料的中心路徑，并允許對普通MIG焊絲進行單向處理。 在線孔周圍，我們的沉積頭還具有錐形粉末噴嘴。 這樣，與傳統的激光熔覆頭相比，沒有功能損失。 此外，還可以同時沉積線材和粉末以形成兩種組分的新合金。
沉積線材：
在當今的工業中，粉末LMD比線材沉積更常見，因為使用單個高功率激光源更容易實現。然而，加工粉末有許多缺點：
粉末比金屬絲貴得多，這是有問題的，因為LMD通常用于制造使用大量材料的中型到大型部件。
此外，并非所有通過噴嘴噴射的粉末實際上都被捕獲在熔池中。對于自由形式制造，實際的粉末利用效在20-80％的范圍內，并且在很大程度上取決于部分精細度和工藝參數。從材料成本的角度來看，這是個問題，而且從工程角度來看也是如此。
展開 新的理論模型，可預測激光增材制造的殘余應力和臨界沉積高度
2018年10月10日，南極熊獲悉，澳大利亞和印度的研究人員開發了一種新的理論模型，可成功預測激光增材制造的殘余應力和臨界沉積高度。
該模型由印度理工學院的Ramesh Singh教授團隊與莫納什大學的Wenyi Yan教授共同開發，研究了熱機械行為和通過直接能量沉積技術（如激光熔覆）進行的冶金轉化。
激光熔覆廣泛用于汽車和航空航天工業中零件和結構部件的維護，修理和大修，因為它改善了材料特性。
“定向能量沉積方法在航空航天部件，模具、模具的維修和再制造方面具有巨大的潛力，這些部件和模具因循環熱機械加載而受到損壞，”Singh解釋說。 “但是，沉積層中存在拉伸殘余應力會降低部件的疲勞壽命。在這項協同工作中開發的完全耦合的熱機械和冶金模型已用于確定臨界沉積高度，以確保壓縮殘余應力。 沉積層可持續修復?！?△用Neutron和X射線衍射測量有限元模型預測殘余應力的比較。圖片來源：澳大利亞核科學技術組織（ANSTO）
他們的工作在“Scientific Reports journal”上在線發表。在該論文中，研究人員報告說，通過其金屬熱機械模型預測的激光熔覆鋼橫截面上殘余應力的變化表明存在臨界沉積高度。
沉積的臨界高度對應于層厚度，當沉積時，層厚度將使沉積層和基板中的有益壓縮殘余應力最大化。
低于臨界高度的沉積將在界面處產生有害的拉伸殘余應力，而高于臨界高度的沉積將導致過度稀釋。
研究還發現，在沉積的臨界高度，凝固速率最小。
Kowari殘余應力衍射儀用于測量H13鋼樣品中的宏觀殘余應力，該樣品是用釩含量高的坩堝顆粒冶金鋼粉激光包覆的。
Kowari殘余應力的三維測量是高度準確和非破壞性的。
“一個模型只有它的驗證一樣好。
展開 
德國 Fraunhofer 開發金屬絲激光沉積技術，材料利用率可達100%
德國Fraunhofer 激光技術研究所正在開發基于金屬絲激光沉積的創新技術（wire-based laser metal deposition，LMD-W）。在Formnext 2018展會期間，Fraunhofer 展示了這一技術。
Fraunhofer 在Formnext展臺中展示的LMD-W技術
可制造市場上廣泛使用的焊絲
LMD-W 技術最初是為提升部件的耐磨性而開發的。金屬絲材在被激光熔化之后，層層沉積到部件表面。Fraunhofer 還開發了CAD / CAM軟件，用于控制材料的逐層構建過程。
LMD-W 技術的特點是，材料在完全熔化后被分層沉積到部件表面，通過適當的CAM 支持和多軸過程控制，材料能夠被構建在現有的組件上。Fraunhofer表示該技術的材料利用率可達100%。
基于LMD-W 技術的增材制造設備采用模塊化設計，可以經濟高效的集成到企業的現有生產線中。其激光打印頭適用于常見的激光光學系統，因此不需要復雜的定制光束引導系統。內置傳感器可以檢測到運行過程中出現的典型錯誤，因此這些錯誤能夠在加工過程中得到分析，設備的控制系統針對錯誤進行補償。
LMD-W 設備采用橫向送絲方式，金屬絲與光軸成20度角。打印絲材包括多種鋼，以及鎳基和鈦基合金絲材。Fraunhofer 正在研究幾種其他合金絲材的適用性。
3D科學谷了解到，LMD-W 技術所使用的金屬絲材為市場上廣泛可用的絲材，填充焊絲、實芯焊絲和專用于激光沉積的絲材都可應用于該技術，這將降低制造成本。
LMD-W 技術在工業中的應用包括：
刀具維護 - 在制造中，刀具會受到磨損、粘附，并承受可能導致損壞的應力。
展開 