直接激光沉積技術（DLD）作為一種高可靠性制造方法，是公認的有效金屬增材手段之一。DLD是緊急維修和外層空間操作等復雜工況條件下的一種常見加工工藝。尤其近些年，DLD在高價值零件、復雜零件和多材料復合零件的修復和制造行業中變得越來越重要，已被廣泛應用于精密制造領域，但其工藝參數（如激光功率、掃描圖形等）容易導致尺寸精度和結構特性的變化。目前已經提出了許多方法來分析變形和殘余應力產生的原理，但仍然很難評估在快速熔化和凝固過程中溫度和應力的影響。近期，東北大學、中國科學院金屬研究所和中車青島四方機車車輛股份有限公司的科研人員基于多層DLD中的熱-力學關系，建立了三維有限元模型，并將連續激光沉積（CLD）和脈沖激光沉積（PLD）的溫度和殘余應力差異與數值模型進行了比較[1]。研究表明：
1.從所提出的仿真模型中得到的溫度結果與從熱電偶收集到的實驗數據（三個測量位置的結果誤差在10%以內，而實驗開始和結束處的誤差高達20%）顯示出合理的一致性；
2.在每個沉積層的末端，溫度場顯示（注：指CPLD和IPLD）PLD工藝比CLD工藝冷卻更快。這表明脈沖間隔減少了沉積層中的熱量積累；
3.所采用的IPLD工藝顯示出更均勻的殘余應力分布，這歸因于溫度場和熱應力的變化較??；
4.隨著沉積層數的增加，三種工藝（注：指的是CLD，CPLD，IPLD）的高溫逐漸升高；其中，CLD工藝溫度增長尤其快。由于熱傳導，每層中間區域的溫度高于兩側。在沉積開始時，IPLD工藝的冷卻速率快，但三種工藝的冷卻速度值隨沉積工藝逐漸降低。
文章所報道的結果將會有助于為DLD工藝中的受控熱積累和應力集中分析提供參考。IPLD工藝適用于受變形影響較大的薄壁零件，對于較大的零件，仍需考慮沉積工藝的效率。
DLD技術原理示意圖
殘余應力的仿真和實驗結果對比數據
不同工藝的溫場和殘余應力場的分布對比圖 (a)CLD (b)CPLD (c)IPLD
文章中所用到的殘余應力檢測設備為日本Pulstec公司推出的型號為μ-X360s的X射線殘余應力分析儀。日本Pulstec公司推出的基于圓形全二維面探測器技術的μ-X360系列的X射線殘余應力分析儀設備具有技術先進、測試精度高、體積迷你、重量輕、便攜性高等特點，不僅可以在實驗室使用，還可以方便攜帶至非實驗室條件下的各種車間現場或戶外進行原位的殘余應力測量。我們期待該設備能助力更多的國內外用戶做出優秀的科研工作！
參考文獻：
[1]. Ma, L.; Kong, X.; Liang, J.; Li, J.; Sun, C.; Jin, Z.; Jiao, Z. Thermal and Mechanical Variation Analysis on Multi-Layer Thin Wall during Continuous Laser Deposition, Continuous Pulsed Laser Deposition, and Interval Pulsed Laser Deposition. Materials2022, 15, 5157. https://doi.org/10.3390/ma15155157
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