通过多闭环模态控制Ti-6Al-4V激光线材定向能量沉积中的熔池尺寸

摘要： 感知与闭环控制是定向能量沉积（DED）等稳健3D打印工艺的关键特性，该工艺需管理几何形态、材料属性及残余应力与变形。本研究展示了基于激光送丝DED（一种大规模金属增材制造形式）的多模式熔池尺寸闭环控制方法。首先，通过激光功率调制实现了层内熔道几何形态的实时熔池尺寸闭环控制，阐述了控制器调谐、响应时间、与主要工艺变量的交互作用及干扰抑制等要素。随后记录了分层构件打印过程中激光功率的层间趋势，由此开发出新型控制模式——基于逐层调节打印速度与沉积速率的控制器，既能单独控制平均熔池尺寸，亦可配合实时熔池尺寸控制来协同调节平均激光功率。研究表明，在闭环控制下自动提升打印速度与沉积速率时，可利用构建构件的累积热量维持工艺稳定性，这对整体生产效率具有重大意义。研究从局部熔道几何、整体构件几何、层间能量密度影响等维度表征了各控制模式特性。