摘要：电弧定向能量沉积(DED)技术凭借其高沉积效率、低制造成本、作业环境开放等优势，获得航空航天、武器装备等领域高度关注。然而，零部件制造中形成的宏观和微观缺陷仍然限制了结构的服役寿命及该技术的规模化应用。
电弧定向能量沉积(DED)技术凭借其高沉积效率、低制造成本、作业环境开放等优势，获得航空航天、武器装备等领域高度关注。然而，零部件制造中形成的宏观和微观缺陷仍然限制了结构的服役寿命及该技术的规模化应用。
近期，增材制造技术前沿注意到宁夏大学吴斌涛、彭志科教授团队联合中国船舶集团黄埔文冲船舶有限公司邵丹丹高级工程师团队、哈尔滨焊接研究所有限公司方乃文教授团队、哈尔滨工程大学苗玉刚教授团队、澳大利亚伍伦贡大学李会军、Stephan Pan教授团队，在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为《Towards quality controllable strategies in wire-arc directed energy deposition》的文章。
该团队综述了电弧定向能量沉积(DED)过程中的质量控制策略方面的前沿进展，提出了数字孪生、可视化及人机交互等智能系统在控制方向的应用，为该领域智能化和高质量制造提供了新的思路与启示。
金属电弧定向能量沉积质量控制方法
文章从电弧定向能量沉积(DED)技术现有挑战出发，总结了制造结构在宏观和微观上的常见缺陷及其产生原因与影响。然后针对现有的这些缺陷，从工艺过程的四个方面提出质量控制策略，包括路径规划、过程监测、辅助工艺和后处理。以此为基础，提出了电弧定向能量沉积领域在过程控制方向发展的思考。
电弧定向能量沉积结构宏观及微观缺陷
研究团队发现在沉积之前，路径规划从根本上影响着结构几何精度及性能。理想的路径规划策略可以减少沉积过程中产生的缺陷，如裂纹和孔洞，这对最终零件的性能起到重要作用。路径规划策略可以整合各种算法以合理规划沉积路径，进一步实现自适应路径规划，提升打印灵活性。根据沉积件的几何形状，目前路径规划策略主要针对单层、块体、墙体、拓扑结构和复杂结构等。
不同结构的路径规划
同时在沉积过程中，电弧定向能量沉积过程需要集成过程监测和实时反馈控制的综合系统以实现沉积层几何精度和缺陷控制。实时过程监测系统可以轻松的发现沉积过程中产生的宏观缺陷，但对于微观缺陷的形成则有些乏力。因此，集成了多传感器的智能在线监测系统和自适应的控制系统开发是未来的关键发展方向。基于可观测数据的实时调整和补偿的智能算法的出现可以大大的提升沉积过程的自动化和稳定性。
创新监测方法和监测算法
另外，高效先进的辅助技术对于电弧DED打印最终性能的提升也是很重要的。当前常见的外场辅助工艺包括机械、超声、激光、磁场等，通过集成到制造系统组件的各部分，改善过程控制、组织晶粒、减少热应力及变形、提高成形精度和成形质量，研究团队对近年来的外场辅助增材制造研究进行了全面讨论。
外场辅助电弧定向能量沉积
由电弧DED打印的零件通常需要进行后处理以满足特定的应用需求。这些要求一般受到产品规格、资金预算、工艺能力以及时间的影响。但后处理过程对于最终产品性能的提升也是不可忽视的，整个过程不仅可以提高组件的质量和性能，还能解决某些类型的缺陷来细化晶粒达到提升材料特性和强度的结果。研究团队除了介绍了一些常见的简单后处理方法之外，还总结了后处理技术的最新创新，包括热处理和机械加工。此外，研究团队还提到使用原位辅助工艺来替代后处理的方式，这样的方式有利于材料和制造时间的节约，也许会是未来发展的趋势。
后处理技术
要实现金属高性能电弧定向能量沉积，提升结构构件服役寿命，仍是一个巨大挑战。经过系统的文献综述和讨论，文章提出以质量为控制核心的工艺框架实现全流程高质量制造。此外，要解决沉积构件宏观及微观缺陷问题，需要考虑全流程工艺改进，涉及大量多源数据，可以汇总形成独有的数据库，用于建立基于物理的模型和数据驱动的模型，为未来基于人工智能的控制过程提供数据来源。未来新型人工智能算法将彻底改变电弧定向能量沉积过程，也是进一步打造智能电弧定向能量沉积装备统的关键。
电弧定向能量沉积质量控制
原始文献：Zeng, C., Liu, L., Xin, X., Zhao, W., Lin, C., Liu, Y., & Leng, J. (2024). 4D printed bio-inspired mesh composite materials with high stretchability and reconfigurability. Composites Science and Technology, 249, 110503.
注：本文内容来自极端制造IJEM
长三角G60激光联盟陈长军转载
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来源：江苏激光联盟
