沈阳航空航天大学杨光教授团队：激光抛光激光沉积制造金属零部件综述 丨AMF论文推荐

引用论文

Baosheng Guan, Lanyun Qin, Guang Yang, Yuhang Ren, Xiangming Wang. Laser Polishing of Directed Energy Deposition Metal Parts: A Review. Additive Manufacturing Frontiers, Volume 3, Issue 4,

2024, 200174.

https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200174.

文章链接：

1研究现状

激光沉积制造坯料精度差、表面粗糙等问题会严重影响产品成本及性能，因此沉积坯料基本都需要进行加工后处理。传统接触式后处理方法存在的加工柔性差、环境污染、成本高等劣势可被激光抛光规避。激光抛光通过熔化或烧蚀沉积坯料表面使初始形貌平滑，但目前激光抛光激光沉积制造零部件工艺仍处于实验室阶段。

2研究难点或瓶颈

连续激光抛光可作为独立的表面加工工艺降低激光沉积零部件表面粗糙度，但会形成新的周期性纹理且热影响区较大导致表面改性影响零部件性能，而脉冲激光抛光无法兼备表面无改性与粗糙表面适应性，只能作为表面加工工艺中的微抛光步骤。

3展望

在激光抛光过程中，由于表面张力和重力的作用，表面峰熔化，材料重新分布到谷中，但在凝固过程中通过材料位移形成周期性织构特征的低峰。我们提出了一种额外的方法：使用多种不同扫描策略的低激光功率进行多次扫描，以覆盖原始的周期性纹理特征。然而由于重复的热循环，相变区深度的控制是至关重要的。此外，激光抛光加工激光沉积金属零件的机理需要研究，特别是在导热性和尺寸稳定性方面。当前的研究探索了激光抛光在激光沉积工艺后表面处理的有效性，证明了其可靠性和成本效益。未来的研究应该探索各种抛光策略和强度分布对使用组合抛光的零件力学性能的影响。同时，将这一复合工艺的研究与工业发展需求结合有助于塑造智能制造的未来。

4代表性图片

图1 激光沉积制造零部件粗糙表面形成原因

图2 激光抛光金属材料主要机理：（a）表面过熔融；（b）表面浅熔融；（c）表面烧蚀

图3 (a) 0°和10°入射角下激光光斑的二维和三维能量分布以及激光入射角分别为(b) 0°、(c) 40°和(d) 70°时激光沉积初始表面对激光能量的吸收和反射示意图

关于团队

作者介绍

杨光，工学博士，教授，博导。沈阳航空航天大学机电工程学院副院长；辽宁省高性能金属增材制造工程研究中心主任；沈阳增材制造工程技术研究中心主任。多年来投身航空航天类高性能金属增材技术研究，已获授权发明专利27项、发表论文80余篇。研究成果已在某3代重型战机、4代隐身战机、航空发动机等重点型号承力结构件制造、运维方面规模化应用，解决批产和科研瓶颈难题，取得了显著的经济和社会效益。

团队研究方向

（1）增材制造工艺与装备；

（2）增 材制造/修复、性能考核、评价和应用；

（3）增材制造缺陷形成机制及防控；

（4）增材制造零部件精度及表面完整性控制；

（ 5）复合增材工艺研发及优化。

近年团队发表文章

[1] Zhou S, Wang S, Tan A, et al. Spinning-additive hybrid manufacturing of Al-Zn-Mg-Cu alloys: Microstructure evaluation and mechanical properties. Additive Manufacturing. 2024;93:104428. https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104428

[2] Zhou S, Zhang J, Yang G, et al. Microstructure evolution and fracture behavior of Ti–6Al–4V fabricated by WAAM-LDM additive manufacturing. Journal of Materials Research and Technology. 2024;28:347-362. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.11.255

[3] Zhou S, Zhang J, Wang Y, et al. Microstructure amelioration and strength-ductility improvement of WAAM-LDM hybrid additive manufacturing Ti-6Al-4V alloy by solution treatment and aging. Materials Characterization. 2024;212:113985. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113985

[4] Li B, Zhang J, Yin J, et al. Distortion prediction method for large-scale additive metal components based on feature partitioning and temperature function method. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024;130:1373-1391. 10.1007/s00170-023-12822-y

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[7] He B, Wang Y, Wang C, et al. Effect of gradient decrease heat-input combined with inter-layer cooling on microstructure and mechanical properties of WAAM-Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V alloy. Materials Today Communications. 2024;39:108628. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108628

[8] Zhou S, Wu H, Li X, et al. Effects of annealing on periodic microstructure and mechanical properties of inter-layer hammering hybrid wire arc additively manufactured aluminum alloy. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2024;49:28-39. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2023.12.003

[10] Guan B, Yang X, Tang T, et al. Strategies to reduce pores and cracks of molybdenum fabricated by selective laser melting. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2023;112:106123. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2023.106123

作 者： 关宝胜

责任编辑：李 娜

责任校对： 金 程

审 核： 张 强

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