33、定向能量沉积技术全解析

定向能量沉积技术全解析

1. 定向能量沉积概述

定向能量沉积（Directed Energy Deposition，DED）是一种逐层沉积材料并同时使其熔化的方法。它将粉末或丝状材料与熔化所需的能量一起输送，虽然理论上该方法可用于处理聚合物、陶瓷和金属基复合材料等多种材料，但在研究和商业应用中，它几乎专门用于金属材料。

DED具有独特的优缺点，使其特别适合对现有零件进行修复和添加特征。与传统的近净形铸造和锻造工艺相比，它能够更快、更经济地制造出近净形的大型自由形状结构，因此正逐渐引起工业界的关注。

与粉末床熔融（PBF）技术不同，DED不是熔化预先铺设在粉末床中的材料，而是在材料沉积过程中进行熔化。它使用聚焦热源（通常是激光或电子束）来熔化原料，并以类似于材料挤出（MEX）的方式构建三维物体。每次DED头的移动都会形成一条凝固材料的轨迹，相邻的轨迹构成层。对于复杂的三维几何形状，可能需要支撑材料或多轴沉积头。

有许多机构开发了使用激光和粉末送料器的DED机器，如激光工程净成形（LENS）、定向光制造（DLF）、直接金属沉积（DMD）等。这些机器虽然总体方法相同，但在激光功率、激光光斑尺寸、激光类型、粉末输送方法、惰性气体输送方法、反馈控制方案和运动控制类型等方面存在差异。由于这些过程都涉及使用移动熔池对粉末材料或丝状原料进行沉积、熔化和凝固，因此制造出的零件在构建过程中能够达到较高的密度。

2. 典型激光粉末沉积（LPD）过程

最常见的DED系统是基于粉末的激光沉积系统，下面以典型的激光粉末沉积（LPD）过程为例进行详细介绍。

在LPD中，使用“沉积头”将材料沉积到基板上。沉积头通常是一个集成了激