OCT扩大了线基激光材料沉积的应用范围

德国夫琅和费生产技术研究所 (Fraunhofer Institute for Production Technology IPT) 的研究人员与五个行业合作伙伴合作，为激光金属沉积 (LMD) 系统配备了 OCT 系统。结合机制使科学家能够成功记录焊接过程，并在使用过程中控制质量和过程，从而减少废品。

传统上，LMD使用机器集成监控系统来检测和处理异常和偏差，而不会延迟，以防止中断过程。这些系统可以直接在现场检查流程并启动纠正。

合作者在工作中特别使用了基于电线的 LMD (LMD-w) 系统。他们认为，这种结合使基于金属丝的材料沉积在未来成为一种成熟的3D打印工艺。

迄今为止，LMD-w 的复杂工艺开发和低工艺稳定性阻碍了超出特殊修复工艺和/或耐磨涂层应用之外更广泛的工业用途。

研究小组报告称，其系统是根据“TopCladd：基于在线形貌表征的精密金属涂层自适应激光熔覆”项目下设计的，这是首次基于同轴线的 LMD 系统配备 OCT 系统，来稳定和主动控制激光过程。 LMD-w 使用金属线作为填充材料。借助激光将线材以焊珠形式焊接到工件上。珠子产生一层，几个堆叠的层产生一个组件，以完成增材制造过程。

激光金属熔敷的质量主要取决于焊缝的表面：表面起伏越大，部件质量越低。为了使沉积过程更稳定并产生更高质量的焊缝，必须记录各个工艺步骤。这样可以修复质量差的焊缝，并使焊接工艺适应未来的生产。

图注：来自德国和比利时的研究合作伙伴为同轴 LMD-w 系统配备了 OCT 系统，以稳定和主动控制激光过程。 使用 OCT 可以监测从固态到液态的相变过程中的焊缝表面，以及焊缝最终的几何形状特征。 来源：由IPT 提供。

使用普通的光学器件，由于波长不同而不会干扰，这里研究人员将 OCT 系统同轴集成到激光器的加工头中，一种称为轴棱锥的锥形透镜和棱镜形光学元件确保了处理和测量光保持同轴。

光学设计允许测量激光对中心金属丝周围的焊缝进行循环扫描，从而实现独立于焊头移动方向的多方向测量。这样，就可以在没有导线阻挡测量光的情况下测量整个工件。

据该团队称，使用 OCT 可以检查焊缝表面从固体到液体的相变，从而检查最终焊缝几何形状的特征。团队获得的数据表明，如有必要，可以在相邻或重叠的焊道中调整激光工艺。

此外，研究表明，使用 OCT/LMD-w 机制可以精确绘制整个熔体轨迹的表面结构；研究人员目前正在开发一种基于数据的过程适应和控制的过程模型。他们说，这将对激光工艺产生的影响，并开启一系列应用。

“通过 OCT，未来的激光金属沉积过程中不仅可以应用一层或两层，而且可以应用任意数量的层。通过这种方式，LMD-w 已升级为成熟且可持续的增材制造工艺，”Fraunhofer IPT 高能束工艺部门负责人 Robin Day 说。

该项目由德国联邦教育和研究部资助，资助项目为“M-ERA.Net：材料研究领域灵活且以需求为导向的跨国资助”资助。