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电弧定向能量沉积（Arc-based Directed Energy Deposition）手艺，又称电弧增材制造（Wire + arc additive manufacturing, WAAM），具有沉积效力高、制造本钱低、制造周期短和材料操纵率高档诸多优势，特殊合适年夜尺寸构件快速成型和修复再制造，在航空航天、轨道交通、核电等范畴具有普遍利用前景。 变形丈量和节制是金属增材制造中最主要的问题之一。金属增材制造在高温梯度和年夜束缚前提下产生沉积和凝固，并陪伴着复杂的冶金现象和应力演变。应力跨越材料屈就强度可能致使构件变形，跨越强度极限致使裂纹缺点乃至断裂。ky体育app官网入口下载而因为WAAM热输入年夜，变形和开裂问题更加凸起。是以，有需要对WAAM进程中的变形进行监测。 增材制造变形的研究首要经由过程数值摹拟和尝试方式。数值摹拟首要经由过程宏不雅标准（＞10-3 m）下的挨次耦合热弹塑性有限元计较来实现，但是数值摹拟和尝试丈量之间的一致性存在必然误差。尝试丈量，包罗坐标丈量和位移传感器。坐标丈量（如激光3D扫描）首要用在丈量沉积后的零件变形，不克不及及时丈量。而位移传感器（激光位移传感器或DVRT传感器）仅能记实某一点或几个点的变形信息，在全场变形丈量方面存在必然局限性。数字图象相干（Digital Image Correlation，DIC）是一种基在光学的丈量手艺，其根基道理是跟踪变形前后图象中不异子区特点点的位移，从而获得全场变形。 近日，清华年夜学机械系赵玥副研究员团队采取DIC手艺实现了电弧增材制造构件全场变形的原位丈量。团队自立设计并搭建了WAAM和三维DIC丈量系统，研究了DIC系统丈量精度、弧光干扰和屏障手艺、散斑质量对丈量精度的影响，并经由过程DIC丈量与数值摹拟方式研究了单臂墙和圆筒型WAAM构件的变形演化纪律。相干研究功效以“In situ measurement of full-field deformation for arc-based directed energy deposition via digital image correlation technology”为题，颁发在国际增材制造范畴顶级期刊《Additive Manufacturing》。论文第一作者为清华年夜学博士后王强（现为上海交通年夜学助理研究员），通信作者为清华年夜学赵玥副研究员。本研究取得国度天然科学基金撑持，将来团队将延续展开DIC应力变形丈量手艺研究，力争实现电弧增材制造进程构件变形的及时全场丈量和在线调控。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103635 DIC丈量系统具有较高的精度，丈量误差可节制在微米级，2D-DIC系统静态误差为±4μm，3D-DIC系统静态误差为±6μm。在10mm变形规模内，系统丈量误差为0.012mm，0.12%。同时采取2D-DIC与3D-DIC丈量不异构件增材进程变形，丈量成果连结一致。 图2 2D-DIC与3D-DIC丈量成果对照：（a）实验平台；（b）特点点；（c）纵向位移对照；（d）垂向位移对照。 WAAM进程中强烈的弧光会严重影响DIC图象质量，电弧笼盖区域图象暴光严重，没法拍摄到散斑，必需采纳弧光屏障办法。为此设计了平面型弧光挡板和L型弧光挡板。因为挡板不克不及慎密贴合增材构件，挡板底部仍会泄露弧光。改成L型挡板并添加石棉布，使挡板与增材构件软接触，可以或许有用屏障弧光，获得高质量DIC图象。 图3 弧光影响和屏障办法：（a）无弧光；（b）有弧光无屏障；（c）有弧光，平板屏障；（d）有弧光，L型挡板屏障；（e）平板屏障装配；（f）L型挡板屏障装配。 DIC散斑作为记实变形信息的载体，凡是有天然散斑和人工散斑两种情势，在2D-DIC利用中，上述两种散斑情势都可获得高质量图象用在DIC变形计较。但在3D-DIC利用中，仅可采取人工散斑。缘由是采取构件概况天然纹理作为散斑，当分歧角度拍摄照片时，不异位置的反光角度分歧，造成图象灰度差别，从而致使相干关系计较掉效。 图4 天然散斑与人工散斑对照：（a）无电弧，天然散斑；（b）有点糊，天然散斑；（c）无电弧，人工散斑；（d）有电弧，人工散斑。 图5 基在2D-DIC系统同时丈量天然散斑与人工散斑试样变形：（a）尝试装配；（b）特点点位置；（c）纵向位移对照；（d）垂向位移对照。 别离经由过程DIC、激光3D扫描、数值摹拟体例获得WAAM圆筒构件外概况轮廓，外轮廓直径沿高度标的目的的转变趋向连结一向。DIC丈量构件上特点点的位移转变与数值摹拟变形演化纪律附近。DIC手艺是WAAM构件全场变形原位丈量的有用路子，实现DIC在线及时变形丈量与节制对金属增材制造成形节制具有主要意义。 图6 WAAM圆筒构件变形成果和变形演化成果：（a）DIC全场变形；（b）激光3D扫描；（c）数值摹拟；（d）外轮廓直径沿高度转变纪律；（e）DIC丈量特点点位移演化；（f）数值摹拟变形演化。 研究成果注解：DIC手艺可实现电弧增材制造构件全场变形原位丈量，且具有较高的丈量精度。对2D-DIC系统，天然散斑和人工散斑都可用在高精度丈量；可是对3D-DIC，必需采取人工散斑。WAAM进程中强烈的弧光会影响DIC图象质量，必需采纳有用的屏障办法。利用DIC手艺丈量的WAAM构件变形与数值摹拟、三维激光扫描丈量成果具有高度一致性。经由过程DIC手艺，有望实现电弧增材制造进程全场变形的及时丈量和调控。

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