本文導(dǎo)讀目錄：
1、北京科技大學(xué)：電子束3D打印TiC／高 Nb–TiAl納米復(fù)合材料
3、利用激光材料沉積技術(shù)應(yīng)對(duì)再制造中的挑戰(zhàn)（2）
北京科技大學(xué)：電子束3D打印TiC／高 Nb–TiAl納米復(fù)合材料
采用三種不同的TiC添加比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別為 0.7，1.0和 1.3 wt%，其原因有兩個(gè)，首先。
其等量的碳含量分別為0.5，0.7和0.9 at%，這一含量同以前報(bào)道的工作相類似，其二，納米TiC的較弱的導(dǎo)電性傾向于增加冒煙的危險(xiǎn)。
損害了EBM的工藝穩(wěn)定性，注意到納米TiC的含量在混合粉末中可以減少，這是因?yàn)闀?huì)粘附到球和容器中，于是，實(shí)際的納米TiC的含量通過(guò)計(jì)算C的含量為0.6，0.8和1.2 wt%，因此，這些數(shù)值用來(lái)作為他們含量的參考值。
均勻分布的納米顆粒和致密化是納米復(fù)合材料強(qiáng)化和韌性，直到今天，加工TiAl為基礎(chǔ)的復(fù)合材料，包括粉末冶金，例如熱等靜壓技術(shù)，反應(yīng)熱壓技術(shù)和火花等離子燒結(jié)以及鑄造等。
然而，長(zhǎng)時(shí)間的暴露在高溫中會(huì)導(dǎo)致納米顆粒的團(tuán)聚和納米顆粒，因此，新的制造技術(shù)需要問世來(lái)加工TiAl為基礎(chǔ)的納米復(fù)合，電子束熔化（EBM）是一種粉末床為基礎(chǔ)的增材制造技。
EBM技術(shù)工作在高溫的真空環(huán)境中，使得該技術(shù)非常適合加工TiAl合金，這就可以從目前快速增長(zhǎng)的關(guān)于 γ-TiAl和下一代，微小的熔池和伴隨著的快速凝固，導(dǎo)致顯微組織非常細(xì)小，例如，高合金鋼就是一個(gè)明顯的例子，采用其他的手段來(lái)制造納米顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料已經(jīng)在S。
TiB2/316L和 TiB2(B)/TiAl以及，SLM和LMD技術(shù)是選擇性激光熔化和激光金屬直接沉，相反，非常少的嘗試是用來(lái)研究采用EBM技術(shù)進(jìn)行TiAl為，圖1.（ac）高Nb-TiAl粉末在混合前和混合1，（bd）粉末的顆粒分布，圖5。
TiAl合金在進(jìn)行EBM之后的TEM觀察得到的顯微，b 在室溫下進(jìn)行拉伸之后的結(jié)果，c–f 700 °C 和 h 750 °C，d，i SAED 衍射的孿生，顯示的孿生分別為 c 和 h。
g 在f中的紅色區(qū)域的HRTEM，在最近的工作中，納米TiC顆粒被選擇用來(lái)作為強(qiáng)化相，這是因?yàn)樗哂休^低的密度，較高的熔點(diǎn)和彈性模量。
以及同Nb-TiAl合金相容的熱膨脹系數(shù)，采用三個(gè)不同的納米TiC的含量來(lái)進(jìn)行研究以闡述在E，顯微組織和機(jī)械性能均采用一定范圍內(nèi)的技術(shù)來(lái)建立起關(guān)，江蘇激光聯(lián)盟導(dǎo)讀：，Ti-47.17Al-7.41Nb-0.86Cr-，為原子百分比。
納米TiC顆粒，采用激光誘導(dǎo)的化學(xué)沉積進(jìn)行制備，粉末的尺寸為200nm，幾乎為球形，粉末采用低速的球磨機(jī)進(jìn)行球磨，使用 ZrO2為球磨介質(zhì)，球和粉末的質(zhì)量比為1:1，旋轉(zhuǎn)速度為24 r/min。
混合時(shí)間為10 h，4)強(qiáng)化的結(jié)果是晶粒細(xì)化，固溶強(qiáng)化和顆粒彌散的綜合效應(yīng)，而裂紋的偏斜，分岔和橋接以及碳化物的拉出對(duì)堅(jiān)硬起到貢獻(xiàn)作用，參考文獻(xiàn)，Yue。
HY.，Peng，H.，Su，YJ，et al，Microstructure and high-t，Rare Met。
(2021)，https://doi.org/10.1007/s，2)初始的凝固組織為完全的傘狀相，但在熔化的隨后的層導(dǎo)致TiAl基材的顯微組織過(guò)渡到，這一情形出現(xiàn)在0.6和0.8 wt%的納米TiC中，直至形成一個(gè)細(xì)化的雙相。
此時(shí)的納米TiC含量為1.2Wt%，碳化物影響著TiAl基體的凝固行為和顯微組織的退化，引言，2.1，原始粉末的準(zhǔn)備，為了提高工藝的穩(wěn)定性和材料的致密化。
半熔化步驟引入到采用電子束技術(shù)進(jìn)行制造TiC/高N，均勻的TiAl基體的顯微組織，伴隨著彌散的納米尺度的碳化物存在，在電子束熔化的過(guò)程中，大多數(shù)的TiC納米顆粒溶解和Ti2AlC 形成幾乎，顆粒對(duì)凝固行為和隨后的顯微組織退化具有十分重要的影，含1.2 wt% TiC的高Nb–TiAl納米復(fù)合，而一個(gè)幾乎傘狀的顯微組織（無(wú)碳化物存在）在TiC的。
此外，較低的掃描速度會(huì)導(dǎo)致較高的材料致密度，巨大的Al元素的損失，增加的α2相，但減少的碳化物分?jǐn)?shù)比例的存在。
在TiC含量為1.2wt%的時(shí)候，復(fù)合材料的顯微硬度達(dá)到 433 ± 10 HV0.，極限拉伸強(qiáng)度達(dá)到657 ± 155 MPa，斷裂韌性達(dá)到 8.1 ± 0.1 MPa√m，此外，壓縮強(qiáng)度達(dá)到1085 ± 55 MPa，斷裂韌性達(dá)到 2698 ± 34 MPa。
應(yīng)變斷裂時(shí)為26.1 ± 1.0%，優(yōu)異于傳統(tǒng)的制造工藝，其強(qiáng)化機(jī)制和韌性機(jī)制也基于裂紋路徑的的觀察進(jìn)行了解，圖3.（a-e）樣品A到E沉積態(tài)的SEM的BSE照，（f）傘狀群居的尺寸及其體積分?jǐn)?shù)，（a）到（e）中插入的照片顯示的是TiAl基材所觀。
1)半熔化的工藝有效的提高了工藝的穩(wěn)定性和致密性，在熔化的過(guò)程中，大多數(shù)的納米TiC溶解了，伴隨著Ti2AlC相的形成，伴隨著幾乎球形和桿狀的形狀的相，只有1.2wt%的納米TiC的添加可以導(dǎo)致碳化物在。
主要結(jié)論，北京科技大學(xué)的學(xué)者及其合作者采用電子束進(jìn)行3D打印，成功的進(jìn)行了TiC/高 Nb–TiAl納米復(fù)合材料，獲得如下主要結(jié)果：半熔化步驟幫助獲得穩(wěn)定的工藝過(guò)程，均勻的TiAl基材的顯微組織且具有彌散分布的納米尺，納米TiC凝固組織的演變和失效機(jī)制也進(jìn)行了闡述。
采用EBM技術(shù)進(jìn)行TiC/Nb-TiAl納米復(fù)合材，其工藝-顯微組織-性能的關(guān)系進(jìn)行了建立:，文章來(lái)源：Materials Science an，Volume 811，15 April 2021，141059。
Electron beam melted TiC/，https://doi.org/10.1016/j，高Nb-TiAl粉末，采用等離子體旋轉(zhuǎn)電極工藝進(jìn)行制備，其粉末的顆粒尺寸范圍為45–150 μm，其化學(xué)成分分別為，成果簡(jiǎn)介，圖4。
顯微組織演化的示意圖：（a）高Nb-TiAl粉末混，（b-d）0.6到0.8 wt%和（e-g）1.2，3)沉積態(tài)的納米復(fù)合材料的機(jī)械性能在室溫的時(shí)候，其顯微硬度為 433 ± 10 HV0.2，UTS為657 ± 155 MPa。
KIC數(shù)值為 8.1 ± 0.1 MPa√m，有限的拉伸韌性和斷裂強(qiáng)度同較高的氧含量相關(guān)，壓縮強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度和應(yīng)變-斷裂等特性均優(yōu)于鑄造狀態(tài)或粉末冶金，有一個(gè)特殊的復(fù)合材料叫納米復(fù)合材料。
此時(shí)的納米顆粒添加到材料中來(lái)提高材料的強(qiáng)度和韌性，納米顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料（如Mg和Al合金）呈現(xiàn)出強(qiáng)，這是因?yàn)榫Я＜?xì)化和顆粒的均勻分布造成的，Shu等人準(zhǔn)備的TiAl復(fù)合材料，其增強(qiáng)相為納米TiB2和納米Ti5Si3.其壓縮強(qiáng)，17.4%到20.9%，其比較對(duì)象為TiAl。
然而，目前還沒有研究是關(guān)于納米顆粒增強(qiáng)高Nb-TiAl復(fù)，γ-TiAl合金，自出現(xiàn)后即作為輕質(zhì)材料來(lái)替換Ni基高溫合金，在過(guò)去的幾十年里由于其較好的強(qiáng)度，抗氧化性和抗蠕變性能而吸引人注意，高 Nb–TiAl合金，包含有5-10% at的Nb。
可以提高服役溫度到 900 °C，然而，該材料的廣泛應(yīng)用還由于其本身的室溫脆性和較差的加工，復(fù)合材料技術(shù)被認(rèn)為是可以解決這一問題的關(guān)鍵，在添加顆粒如Ti2AlC，TiB2 和Al2O3到TiAl基材中有望解決這一。
成果的 Graphical abstract，Lapin等人的研究結(jié)果表明，碳化物在高溫的條件下可以實(shí)現(xiàn)Ti2AlC/高 Nb，同時(shí)，對(duì)于鍛造狀態(tài)的Ti2AlC/高 Nb–TiAl 復(fù)，在 900 °C 的時(shí)候其機(jī)械性能為。
極限抗拉強(qiáng)度為 291MPa，發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)變?yōu)?0.9%，其性能同沒有進(jìn)行復(fù)合的時(shí)候相比較要高得多，Li等人研究了TiB2/高 Nb–TiAl 復(fù)合材，其拉伸強(qiáng)度和發(fā)生斷裂的時(shí)候的應(yīng)變分別是 471.9，測(cè)試條件為室溫。
發(fā)生的為脆性斷裂，然而，很少有研究是研究高Nb-TiAl為基礎(chǔ)的復(fù)合材料的。
GH3625高溫合金
采用真空感應(yīng)爐十電渣重熔、或真空感應(yīng)爐+真空自耗重，GH3625(GH625)，相近牌號(hào)，材料牌號(hào)，物理性能，質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% ≤0.10 20.00~23.00 ，6787-391。
合金已用于制造航空和航天發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、導(dǎo)向葉片、安裝，合金無(wú)論在海洋氣氛還是在非海洋氣氛中，腐蝕速度都很小，抗海水腐蝕能力很好，合金耐各種鹽類溶液的腐蝕、有良好的耐硝酸及磷酸腐蝕。
對(duì)加熱至沸點(diǎn)以下的鹽酸和低濃度的硫酸腐蝕也有相當(dāng)?shù)模|(zhì)量分?jǐn)?shù)/% ≤5.00 3.15～4.15 ≤0，化學(xué)成分，密度，元素 Fe Nb Si Mn S P Cu，磁性能，1290℃~1350℃，熔化溫度范圍。
合金無(wú)磁性，Inconel 625、UNS N06625(美)，NC22DNb(法)，山東三耐，1317-，GH3625是Ni-Cr基固溶強(qiáng)化型變形高溫合金，以鉻、鉬和鈮為主要固溶強(qiáng)化元素，最高使用溫度950℃。
合金從低溫到980℃均具有良好的抗拉強(qiáng)度和抗疲勞性，且加工和焊接工藝性能良好，合金具有優(yōu)良的耐腐蝕和抗氧化性能，并且耐鹽霧氣氛下的應(yīng)力腐蝕，廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、宇航結(jié)構(gòu)部件和化工設(shè)。
主要產(chǎn)品有板材、棒材、管材、絲材、帶材和鍛件，元素 C Cr Ni Co Mo Al Ti，熔煉工藝，p=8.44g/cm3。
利用激光材料沉積技術(shù)應(yīng)對(duì)再制造中的挑戰(zhàn)（2）
Wu等人提出，在LMD期間，可以使用紅外單色高溫計(jì)實(shí)時(shí)跟蹤裂紋的產(chǎn)生、尺寸和位，為了證明該技術(shù)的有效性，他們?cè)诩す獬练e奧氏體鋼上引入裂紋，并用紅外單色高溫計(jì)對(duì)其進(jìn)行掃描，裂紋的檢測(cè)基于紅外單色高溫計(jì)記錄的最高溫度不穩(wěn)定性，如圖23（a）所示。
他們發(fā)現(xiàn)，深度越深，溫度變化越大，圖23（b）和（c）顯示了由該溫度信號(hào)檢測(cè)到的裂紋，Zhang等人使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）根據(jù)在DE。
它們的準(zhǔn)確率達(dá)到91.2%，圖13 使用DG Mori開發(fā)的（a）車削和（b），4.1，混合激光增材制造，圖26 質(zhì)量檢查和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，圖20 Grasso等人使用的圖像處理步驟，4.3。
過(guò)程監(jiān)控/實(shí)時(shí)監(jiān)控，此外，激光重熔還細(xì)化了微觀結(jié)構(gòu)，以改善機(jī)械性能，為了提高SLM（選擇性激光熔化）中的密度和表面質(zhì)量，Yasa和Kruth實(shí)施了激光重熔。
當(dāng)對(duì)輪廓進(jìn)行激光重熔時(shí)，樓梯板效應(yīng)降低了10-15%，研究表明，重熔甚至可以用于傾斜和彎曲的表面，沉積層的表面粗糙度也通過(guò)激光重熔降低，如圖15所示。
正如Akhtar等人在等離子噴涂涂層重熔過(guò)程中所證，可以通過(guò)激光重熔層獲得超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，(2)SIMO（單輸入多輸出）：當(dāng)響應(yīng)單個(gè)過(guò)程信號(hào)，F(xiàn)SP（攪拌摩擦加工）也可用于沉積道次之間，以改善機(jī)械性能和冶金性能，F(xiàn)SP工作原理為FSW（攪拌摩擦焊），F(xiàn)rancis等人激光沉積Ti-6Al-4 V上使，他們認(rèn)為。
通過(guò)實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)，可以獲得類似鍛造的微觀結(jié)構(gòu)，除此之外，在連續(xù)層沉積之間實(shí)施重熔道也可以提高沉積質(zhì)量，圖23 通過(guò)LMD中的溫度信號(hào)監(jiān)測(cè)裂紋：（a）沿軌，（b）峰值溫度隨裂紋寬度的變化。
以及（c）LMD期間峰值溫度隨裂紋深度的變化，模擬裂紋，冷卻速度是決定顯微組織性能的一個(gè)重要方面，Nair等人使用兩個(gè)高溫計(jì)監(jiān)測(cè)DED過(guò)程中的冷卻速，其中一個(gè)高溫計(jì)采集熔體池的瞬時(shí)溫度，而另一個(gè)高溫計(jì)采集一段時(shí)間后的溫度，如圖22所示，通過(guò)將兩個(gè)讀數(shù)之間的差值除以移動(dòng)距離d所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。
冷卻速度可以顯著改變金屬基復(fù)合鍍層中粒子的分解或溶，Muvvala等人已表明在線監(jiān)測(cè)的熱循環(huán)與激光熔覆，他們還表明了在原位鉻鎳鐵合金718/TiC熔覆層中，監(jiān)督學(xué)習(xí)通常用于分類和回歸，在有監(jiān)督學(xué)習(xí)中。
為訓(xùn)練提供標(biāo)記數(shù)據(jù)集，每個(gè)數(shù)據(jù)集由一個(gè)輸入值和一個(gè)期望輸出值組成，對(duì)于監(jiān)督學(xué)習(xí)，因變量的期望值被輸入到系統(tǒng)中，該系統(tǒng)試圖最小化其與系統(tǒng)輸出的距離，在使用高密度激光束進(jìn)行沉積期間，合金元素的蒸發(fā)會(huì)造成合金元素從熔池以及進(jìn)入的粉末焊。
這可能導(dǎo)致沉積成分的變化，并影響沉積零件的預(yù)期性能，這可以通過(guò)等離子體發(fā)射分析進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該分析顯示出與蒸發(fā)現(xiàn)象的強(qiáng)烈相關(guān)性，還可以使用光譜學(xué)監(jiān)測(cè)過(guò)程中可能影響沉積的不穩(wěn)定性。
數(shù)據(jù)收集是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)重要方面，因?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)方法的有效性取決于用于訓(xùn)練的數(shù)據(jù)的質(zhì)量，使用足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行培訓(xùn)將導(dǎo)致有意義的預(yù)測(cè)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)可以是圖像、聲發(fā)射或溫度信號(hào)的形式，學(xué)習(xí)可以是有監(jiān)督或無(wú)監(jiān)督或強(qiáng)化學(xué)習(xí)的形式，如圖25所示，4.3.2。
溫度監(jiān)測(cè)，圖14 通過(guò)重熔消除裂紋：（a）未經(jīng)重熔的沉積層，（b）重熔后的沉積層（覆層：Ni-5Mo-5Al，基底：AISI 1020）疲勞試驗(yàn)后的斷裂界面：（，和（d）重熔沉積（覆層：Inconel 625，基底：AISI 1020），連續(xù)沉積通常無(wú)法按照更鋒利的覆層輪廓的預(yù)期增加高度，此外。
還注意到熔粉堆積在沉積的底部，Jeng和Lin提出了一種混合技術(shù)，其中連續(xù)進(jìn)行選擇性激光熔覆（SLC）和銑削操作，以制造具有閉合尺寸精度的模具，同樣，Iquebal等人將銑削操作與精細(xì)研磨加工相結(jié)合，用于PBF（粉末床熔接）制造的不銹鋼（316L）部，他們獲得了納米范圍內(nèi)的粗糙度。
并將表面孔隙度降低了約89%，如Iquebal等人所示，在使用電子束沉積時(shí)，可以通過(guò)在沉積后進(jìn)行銑削和研磨加工操作來(lái)降低表面粗，圖16 重熔策略：（a）沿著覆層軌道，和（b）穿過(guò)覆層軌道。
?。╟）沿覆層軌道重熔獲得的表面，以及（d）穿過(guò)覆層軌道獲得的表面（基板直徑：28 ，基板高度：10 mm），機(jī)器學(xué)習(xí)可用于預(yù)測(cè)、性能優(yōu)化、缺陷檢測(cè)、分類、回歸，機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能技術(shù)的一個(gè)子集。
它使系統(tǒng)或機(jī)器能夠自動(dòng)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，并做出決策，以便預(yù)測(cè)和優(yōu)化過(guò)程的結(jié)果，而無(wú)需專門編程，這是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，決策或預(yù)測(cè)基于輸入數(shù)據(jù)的模式，圖25 ML中的不同學(xué)習(xí)模式。
由于逐層制造過(guò)程耗時(shí)，再制造的零件通常很昂貴，因此需要在沉積過(guò)程中檢測(cè)和防止異常，以防止浪費(fèi)時(shí)間和資源，在基于激光的逐層制造中結(jié)合過(guò)程監(jiān)控和控制，可以在一次運(yùn)行中以可接受的精度和精度實(shí)現(xiàn)無(wú)缺陷沉積。
從而節(jié)省成本和時(shí)間，此外，為了獲得重復(fù)性和再現(xiàn)性，控制和監(jiān)測(cè)激光金屬沉積是必不可少的，江蘇激光聯(lián)盟陳長(zhǎng)軍導(dǎo)讀：，(1)SISO（單輸入單輸出）：根據(jù)單個(gè)過(guò)程信號(hào)調(diào)，插圖4 不同激光功率輸入下覆層軌道截面。
熔池深度是影響稀釋和小孔形成的重要因素，過(guò)度稀釋會(huì)對(duì)沉積層的幾何形狀和質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，熔池深度與激光功率成正比，與掃描速度成反比，控制熔池深度可使層與基板充分結(jié)合，而不影響后者的機(jī)械性能。
監(jiān)測(cè)熔池振動(dòng)可以控制熔池深度，Caprio等人提出了單層沉積的熔池深度與其振蕩頻，他們通過(guò)高速CMOS相機(jī)捕捉到的二次探測(cè)光的反射來(lái)，此外，他們建議所用攝像頭的采集頻率應(yīng)至少為振蕩頻率的兩倍，(3)MISO（多輸入單輸出）：根據(jù)多個(gè)過(guò)程信號(hào)調(diào)。
4.3.7，數(shù)字孿生，圖27 （a）間接控制和（b）直接控制的示例，圖24 未熔合缺陷監(jiān)測(cè)沿檢測(cè)軌道長(zhǎng)度的最高溫度變化，圖18 基于攝像頭監(jiān)控的同軸布置，(4)MIMO（多輸入多輸出）：當(dāng)多個(gè)過(guò)程參數(shù)作為，圖22 冷卻速率測(cè)量示意圖。
圖31 1500 W時(shí)SS316L的計(jì)算沉積形狀和，圖29 單珠壁：（a），（b）未經(jīng)控制制造，以及（c），（d）經(jīng)控制制造，4.3.3，光譜監(jiān)測(cè)。
只有有監(jiān)督或無(wú)監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)或動(dòng)態(tài)控制技術(shù)才能在預(yù)，為了減少這種基于多物理的模擬也被用作制作數(shù)字孿生兄，西門子公司（美國(guó)）開發(fā)了用于附加制造過(guò)程模擬的軟件，該工具能夠通過(guò)創(chuàng)建數(shù)字孿生模型來(lái)預(yù)測(cè)零件在何處以及，因此。
DT有助于控制沉積零件的質(zhì)量，圖17 實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)控示意圖，類似地，Hu和Kovacevic使用同軸紅外攝像機(jī)獲取熔池，并建立閉環(huán)控制，采用帶前饋補(bǔ)償?shù)暮?jiǎn)單PID控制器，激光功率是這樣控制的輸入變量，閉環(huán)控制使沉積具有更高的幾何精度（圖29）。
為了證明不同掃描策略的效果，我們?cè)趫D16（a）和（b）所示的Inconel-6，在第一種情況下，重熔掃描與沉積掃描相同，在另一種情況下。
重熔掃描穿過(guò)沉積掃描（即垂直于沉積掃描），激光功率、圖案填充間距和掃描速度與沉積期間保持相同，重熔后獲得的表面如圖16（c）和（d）所示，在激光沉積中，除了不同的工藝參數(shù)外，在過(guò)程中。
可以監(jiān)測(cè)激光材料相互作用或粉末傳感器相互作用產(chǎn)生的，以確保魯棒性，可以使用不同的技術(shù)（如光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)等）監(jiān)測(cè)過(guò)程，然而，推斷過(guò)程特征需要過(guò)程參數(shù)、過(guò)程特征和沉積物質(zhì)量/指，此類監(jiān)測(cè)技術(shù)的示意圖由圖17表示，逐層制造的最佳參數(shù)通常通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)選擇。
因此，大量的能量、材料和時(shí)間都會(huì)損失，數(shù)字孿生（Digital twin，DT）是一種以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的創(chuàng)新方法，它涉及虛擬對(duì)象的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測(cè)試，電荷耦合器件（CCD）和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CM。
在CCD相機(jī)中，來(lái)自像素的信號(hào)由相機(jī)中的芯片或單個(gè)電路處理，然而，在CMOS相機(jī)中，每個(gè)像素都有自己的處理電路，這提高了相機(jī)的速度。
盡管復(fù)雜性增加了，捕獲面積減少了，這些探測(cè)器可以安裝在兩種不同的配置中：同軸、橫向或，同軸配置允許實(shí)時(shí)監(jiān)控熔池，而橫向配置能夠捕獲整個(gè)加工區(qū)域，并且不受激光頭振動(dòng)的影響，在同軸監(jiān)測(cè)配置中，工藝激光束的光路被利用。
如圖18所示，該系統(tǒng)使用特定的帶通濾波器、分束器和二向色鏡，通過(guò)將監(jiān)測(cè)技術(shù)與控制機(jī)制相結(jié)合，可以確保沉積過(guò)程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，控制機(jī)制通過(guò)調(diào)整輸入過(guò)程參數(shù)，盡量減小設(shè)定值和測(cè)量過(guò)程信號(hào)之間的誤差，激光功率、掃描速度和材料添加是主要影響參數(shù)，通常用作控制工藝輸出的響應(yīng)變量。
控制可以是直接的，也可以是間接的，在直接控制中，受監(jiān)測(cè)的過(guò)程信號(hào)和輸出是相同的，但在間接控制中。
輸出是通過(guò)受監(jiān)測(cè)的過(guò)程信號(hào)和系統(tǒng)輸出之間的相關(guān)性來(lái)，doi.org/10.1016/j.optlast，聲學(xué)信號(hào)是沉積過(guò)程中產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波，由適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳈z測(cè)，并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，此外。
聲信號(hào)可以是結(jié)構(gòu)承載的或機(jī)載的，通過(guò)分析裂紋和氣孔等內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的聲波信號(hào)，可以檢測(cè)出它們，此外，通過(guò)AE波形的特征分析。
還可以確定關(guān)鍵孔的形成，與裂紋相比，孔隙產(chǎn)生的聲發(fā)射具有更高的能量、更小的振幅和更短的，圖15 通過(guò)重熔沉積層改善表面粗糙度，4、應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，圖21 示意圖SOD（隔離距離），以及激光束和粉末噴射之間的重疊，圖28 （a）沉積墻的正面圖。
以及（b）邊緣放大圖，4.3.6，激光沉積中響應(yīng)變量的控制，Knapp等人提出了基于DED的第一代數(shù)字孿晶，所提出的DT可以預(yù)測(cè)單層鍍層的速度、溫度分布、二次，圖31顯示了計(jì)算的沉積物形狀和尺寸與SS316L的，Ding等人證明了離軸紅外熱成像技術(shù)在監(jiān)測(cè)金屬絲激，他們使用熱電偶校準(zhǔn)發(fā)射率。
從熱圖像中檢測(cè)到的沉積層寬度與物理測(cè)量結(jié)果一致，系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)沿軌道長(zhǎng)度的任何溫度異常來(lái)檢測(cè)未熔合缺，如圖24所示，在連續(xù)沉積之間實(shí)施重熔道通過(guò)減少裂縫和孔隙來(lái)改善沉，重熔還有助于減少表面和亞表面缺陷。
從而提高疲勞性能，根據(jù)ASTM-E466標(biāo)準(zhǔn)，在AISI 1020鋼上激光沉積Inconel 6，我們發(fā)現(xiàn)在相同的應(yīng)力水平下，重熔后的疲勞壽命提高了近3倍。
圖14（c）和（d）顯示了僅具有覆層的疲勞試驗(yàn)樣品，本文全面分析了激光再制造過(guò)程中遇到的問題，以及解決這些問題的不同方法，還討論了深度學(xué)習(xí)和數(shù)字孿生等工具，這些工具在再制造領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于早期階段。
本文為第二部分，為了利用多種工藝的優(yōu)勢(shì)，基于激光的沉積工藝可以在一個(gè)周期內(nèi)與二次工藝或二次，通常，執(zhí)行不同的后處理操作，如機(jī)加工、噴丸、熱處理、冷/熱等靜壓、FSP（攪拌。
以解決形狀不準(zhǔn)確、粗糙度、表面裂紋、殘余應(yīng)力、孔隙，由于物理訪問受限和收縮/翹曲，具有復(fù)雜形狀或內(nèi)部特征的零件的后處理非常困難，為了解決這些問題，最好在連續(xù)焊道之間引入操作。
而不是在沉積結(jié)束時(shí)進(jìn)行后處理，DG Mori開發(fā)的商用混合激光增材制造系統(tǒng)如圖1，4.3.5，用于過(guò)程監(jiān)控的人工智能，聲信號(hào)可用于檢測(cè)內(nèi)部缺陷，如裂紋、氣孔、粉末流速和小孔現(xiàn)象，基于聲學(xué)的監(jiān)測(cè)通常用于PBF。
由于粉末顆粒撞擊基板時(shí)產(chǎn)生的噪聲，其在DED中的實(shí)施受到限制，參考文獻(xiàn)：Global Greenhouse Ga，Greenhouse Gas (GHG)Emiss，US EPA，(n.d.)，4.3.4。
聲學(xué)監(jiān)測(cè)，.https://www.epa.gov/ghge，2021)，光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)通常用于控制粉末流速、稀釋、小孔現(xiàn)象、，過(guò)程信號(hào)通常使用光電二極管和高速攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，可能需要外部照明和不同的過(guò)濾器來(lái)減少對(duì)比度和外部噪。
此外，還使用了激光位移傳感器、光發(fā)射光譜儀和激光多普勒測(cè)，激光增材制造中的溫度監(jiān)測(cè)是控制變形、殘余應(yīng)力、軌跡，LAM（基于激光的添加劑制造）的熱監(jiān)測(cè)有助于檢測(cè)缺，如未熔合、氣孔或因不均勻散熱而產(chǎn)生的表面不規(guī)則，收集的溫度數(shù)據(jù)可用于確定冷卻速率和溫度梯度，溫度梯度決定沉積層的微觀結(jié)構(gòu)特性，熱電偶、高溫計(jì)和熱照相機(jī)用于監(jiān)測(cè)激光沉積過(guò)程中的溫。
熱電偶是基于接觸的溫度監(jiān)測(cè)傳感器，而高溫計(jì)和熱像儀是非接觸式的，來(lái)源：Addressing the challen，Optics & Laser Technology，圖30 數(shù)字雙模型或灰箱模型的概念，江蘇激光聯(lián)盟陳長(zhǎng)軍原創(chuàng)作品，由于涉及不均勻的溫度梯度和熱量積累。
使用高尺寸精度的沉積技術(shù)建造薄壁仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，Bi等人使用基于PID（比例-積分-微分）的控制器，單輸出），用于根據(jù)熔池溫度調(diào)節(jié)激光功率，他們能夠利用基于路徑相關(guān)設(shè)定值的功率調(diào)制，構(gòu)建具有更好尺寸精度的薄壁（圖28），從現(xiàn)有文獻(xiàn)中可以明顯看出，基于激光的再制造技術(shù)主要采用定向能量沉積技術(shù)和同軸。
以實(shí)現(xiàn)精度和易用性，盡管在沉積幾何形狀的監(jiān)測(cè)和控制方面投入了大量的研究，但再制造零件的質(zhì)量仍然令人擔(dān)憂，為了解決這一后處理問題，在許多情況下需要進(jìn)行檢查。
數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)結(jié)合基于多物理的仿真以及機(jī)器學(xué)習(xí)、，有望減少在搜索合適參數(shù)時(shí)的試驗(yàn)和錯(cuò)誤，然而，就其在激光制造中的應(yīng)用而言，該技術(shù)仍處于起步階段，為應(yīng)對(duì)氣候變化的挑戰(zhàn)。
減少再利用-再利用理念的重要性不斷增加，應(yīng)繼續(xù)在再制造領(lǐng)域吸引更多的研究關(guān)注，而激光沉積由于其準(zhǔn)確性和精密度，應(yīng)在再制造領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，實(shí)施在線過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)將是進(jìn)一步提高激光沉積再，光電二極管是將光信號(hào)（光子）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并具有快速，當(dāng)光到達(dá)光電二極管時(shí)，信號(hào)（電子流）開始通過(guò)其電路。
該電路與入射光的強(qiáng)度成比例，通常，銦鎵砷化物（InGaAs）光電二極管用于檢測(cè)IR區(qū)，而硅光電二極管用于UV區(qū)域，材料的熔化和蒸發(fā)導(dǎo)致羽流形成，從而改變LAM過(guò)程中工藝光束的輪廓和能量密度。
此外，羽流的特征和數(shù)量也受到沉積過(guò)程中熱量積累的影響，在較低速度下，由于高VED（體積能量密度）導(dǎo)致PBF中的過(guò)度熔融，導(dǎo)致羽流發(fā)射不穩(wěn)定，然而。
在較高掃描速度下，在熔融不足區(qū)域或未熔合區(qū)域觀察到大量羽流，來(lái)自不同位置的羽狀物重疊在一起，看起來(lái)很大，可以監(jiān)測(cè)這些變化，以控制激光沉積過(guò)程中的內(nèi)部缺陷。
圖20給出了用于提取ROI（感興趣區(qū)域）的圖像處理，為了實(shí)施有效的控制機(jī)制，應(yīng)知道過(guò)程參數(shù)與輸出變量之間的相關(guān)性（對(duì)于直接控制，或受監(jiān)測(cè)過(guò)程信號(hào)與過(guò)程參數(shù)之間的相關(guān)性，以及輸出變量之間的相關(guān)性（對(duì)于間接控制），數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型（黑盒）和基于物理的模型（白盒）以組合。
其對(duì)加性制造的顯著影響如圖30所示，基于物理過(guò)程現(xiàn)象的白盒模型無(wú)法適應(yīng)過(guò)程的不確定性，這兩種模型結(jié)合在一起可以減少總體誤差，并提高其性能，圖19 熔池穿透深度與振蕩頻率的關(guān)系。
5、結(jié)論，a） AM腔室內(nèi)部的FBG位置視圖，腔室面板上有光纖饋通（左）和FBG讀取系統(tǒng)（右），b）光纖光柵讀出系統(tǒng)方案，通過(guò)監(jiān)測(cè)沉積層的高度，可以在沉積期間保持理想的隔離距離，Donadello展示了用于監(jiān)測(cè)激光金屬沉積高度的。
此外，在DED中，粉末噴射噴嘴可能會(huì)發(fā)生堵塞，從而導(dǎo)致粉末添加不均勻，粉末流量監(jiān)控可確保加工區(qū)內(nèi)粉末輸送均勻，Ding等人開發(fā)了一種用于監(jiān)測(cè)粉末流量的光電傳感器，該傳感器由二極管激光器、光電二極管和矩形腔室組成。
激光束聚焦在光電二極管上，當(dāng)粉末通過(guò)光束時(shí)，光電二極管檢測(cè)到的光量會(huì)因吸收、擴(kuò)散和反射而發(fā)生變，因此，可以檢測(cè)到粉末焊劑的任何變化，Smurov等人使用CCD攝像機(jī)觀察粉末流動(dòng)，監(jiān)測(cè)粉末顆粒的速度，以及粉末顆粒射流的穩(wěn)定性。
通常，PI（比例積分）或PID（比例積分微分）控制器及其，用于控制激光沉積過(guò)程的質(zhì)量，前饋系統(tǒng)基于預(yù)期，在前饋系統(tǒng)中。
響應(yīng)變量的控制基于數(shù)學(xué)過(guò)程模型和有關(guān)過(guò)程擾動(dòng)的知識(shí)，PI（比例積分）控制器等效于微分項(xiàng)等于零的PID（，可通過(guò)以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制：，在激光重熔中，使用通常以連續(xù)波模式工作的激光再次掃描沉積層，重新熔化不會(huì)使材料蒸發(fā)。
它只會(huì)使材料重新分布，激光重熔可有效降低表面粗糙度和殘余應(yīng)力，它還通過(guò)消除沉積層中的孔隙和裂紋來(lái)提高材料密度，從而提高疲勞性能，前面章節(jié)中討論的啟停缺陷也可以通過(guò)激光重熔消除。
Grasso等人使用可見光范圍內(nèi)的離軸CMOS相機(jī)，Khanzadeh等人使用自組織圖對(duì)熔池進(jìn)行聚類，采用帶有CMOS傳感器的雙波長(zhǎng)高溫計(jì)和紅外攝像機(jī)，在DED過(guò)程中采集熔池信號(hào)，Zhang等人使用離軸紅外相機(jī)在DED訓(xùn)練期間采集。
他們使用了兩種不同的機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)根據(jù)工藝參數(shù)預(yù)測(cè)，他們認(rèn)為，LSTM具有更好的預(yù)測(cè)精度，無(wú)孔、致密的沉積層改善了層間的結(jié)合，以及重熔產(chǎn)生的精細(xì)微觀結(jié)構(gòu)，可提高顯微硬度和摩擦學(xué)特性，因此。
重熔過(guò)程有助于提高再制造零件的耐磨性和耐磨性，4.2，激光熔凝，在理想條件下，應(yīng)選擇隔離距離，以便在激光束和粉末噴射直徑之間實(shí)現(xiàn)最佳重疊（圖21，在多層沉積的情況下，沉積層高度的不均勻性會(huì)改變噴嘴和沉積平面之間的間距。
任何偏離理想距離的偏差都會(huì)導(dǎo)致幾何誤差，4.3.1，光學(xué)監(jiān)測(cè)。
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