過程穩定性和控製在激光金屬沉積（LMD）中非常重要。理想情況下，必須解決(jue) 加工過程中的異常和偏差，以防止中斷過程。弗勞恩霍夫生產(chan) 技術研究所（Fraunhofer IPT）的研究人員與(yu) 行業(ye) 合作夥(huo) 伴，將成像檢測方法光學相幹斷層掃描(OCT)集成到用於(yu) 線基激光金屬沉積 (LMD-w)的同軸工藝中。新的OCT測量方法不僅(jin) 可以記錄焊接過程，還可以在使用過程中控製質量和過程，減少廢品。

LMD-w是一種增材製造工藝，其中金屬絲(si) 作為(wei) 填充材料在激光的幫助下以焊珠的形式焊接到工件上。這些焊珠中的幾個(ge) 彼此相鄰產(chan) 生一層，數層堆疊後產(chan) 生組件。由於(yu) LMD-w僅(jin) 在需要的地方應用材料，因此這是一個(ge) 資源節約的生產(chan) 過程。迄今為(wei) 止，LMD-w的複雜工藝開發和低工藝穩定性，阻礙了特殊修複工藝和耐磨塗層在更廣泛的工業(ye) 領域中應用。

在“TopCladd——基於(yu) 在線形貌表征的精密金屬塗層的自適應激光沉積”研究項目中，研究團隊首次為(wei) 同軸LMD-w係統配備了OCT係統，以穩定和主動控製激光工藝。OCT技術起源於(yu) 眼科，是一種基於(yu) 短相幹幹涉法的測量過程，用於(yu) 導出斷層掃描橫截麵的非接觸式高分辨率圖像。結合高測量頻率，OCT可用於(yu) 在過程中直接檢查和優(you) 化材料沉積的表麵質量。

機器集成監控係統傳(chuan) 統上用於(yu) LMD中，可以立即檢測和解決(jue) 異常和偏差以防止中斷過程。這些係統可以直接在現場檢查過程並開始糾正。經過研究，團隊成員認為(wei) ，未來這種檢測首發允許基於(yu) 線材的材料沉積用作成熟的3D打印工藝。

實現工藝穩定性的途徑

激光金屬沉積質量主要取決(jue) 於(yu) 焊縫表麵：表麵越是波紋，部件質量就越低。為(wei) 了使沉積過程更穩定並產(chan) 生更高質量的焊縫，必須記錄每道工藝步驟。這樣，質量差的焊縫才可能被修複，並使焊接工藝適應未來的生產(chan) 。

研究人員使用普通光學器件，是因為(wei) 波長不同彼此不會(hui) 相互幹擾，將OCT係統同軸集成到激光加工頭中。

一種稱為(wei) 軸錐的錐形透鏡和棱鏡形光學器件，確保處理和測量光保持同軸。光學設計允許測量激光在金屬絲(si) 周圍循環掃描焊縫，從(cong) 而實現獨立於(yu) 焊接頭移動方向的多方向測量。通過這種方式，可以測量整個(ge) 工件。

使用OCT進行主動過程控製

據該團隊稱，使用OCT係統可以檢查焊縫表麵從(cong) 固體(ti) 到液體(ti) 的相變，從(cong) 而檢查最終焊縫幾何形狀的特征。團隊獲得的數據表明，如有必要可以在相鄰或上覆焊道中調整激光工藝。此外，研究人員使用OCT/LMD-w機製可以精確繪製整個(ge) 熔體(ti) 軌跡的表麵結構。目前，他們(men) 正在開發基於(yu) 數據的過程適應和控製的工藝模型。對激光工藝產(chan) 生的影響將開啟一係列新的應用。

“借助OCT係統，我們(men) 將來不僅(jin) 可以在激光金屬沉積過程中不僅(jin) 可以疊加一層或兩(liang) 層，而且可以疊加任意數量的層。通過這種方式，LMD-w已升級為(wei) 成熟且可持續的增材製造工藝。”Fraunhofer IPT 高能束工藝部門負責人Robin Day表示。來自德國和比利時的其他項目合作夥(huo) 伴是Deltatec SA、Dinse GmbH、Laserco SA、Precitec GmbH & Co. KG 和 Quada V+F Laserschweißdraht GmbH。