图28 在LP-DED工艺中通过改变工艺参数获得具有不同孔隙度水平的功能性髋关节柄 。
此外 ， Pal?i?等人表明 ， 使用LP-DED工艺可以减少复杂的操作程序 。 他们制作了一种空心薄壁髓内钉（IM钉） ， 用于固定桡骨头部（图29） 。 由于钛合金Ti6Al4V的生物相容性、耐腐蚀性和骨整合性 ， 本实验选择的材料为钛合金Ti6Al4V 。 使用LP-DED工艺生产的部件与使用常规技术（车削和钻孔）生产的部件进行了比较 。 结果表明 ， 由于中空结构 ， LP-DED工艺生产的组件更轻 。
图29 完成操作前后的IM钉的CAD截面和Ti6Al4V原型 。
应用LP-DED工艺的其他部门包括汽车、工具生产、军事和航天部门 ， 强调了使用LP-DED工艺可获得的成本和时间效益 。 例如 ， 奥托梅克公司使用LP-DED工艺成功生产了红牛赛车的驱动轴十字轴和悬挂山支架 。 生产的部件如图30所示 。 使用LP-DED工艺 ， 可显著减少约50%的时间和成本 。 此外 ， 悬架安装支架的废料减少约92% ， 驱动轴十字轴的废料减少约97% 。
图30 a Ti64悬架安装支架和b Ti64齿轮箱卡盘采用透镜工艺制造 ， 可节省90%以上的材料损失（由Optomec?提供） 。
在Advanced Robotics Mechantronics System（ARMS）项目中 ， 评估了使用LP-DED工艺生产空间机器人机械手集成臂/外壳的好处 。 所生产的零件如图31所示 。 结果表明 ， 对于复杂零件 ， LP-DED工艺经济方便 。 相反 ， 对于几何形状简单的小零件 ， 使用常规制造工艺可以获得经济效益 。 此外 ， 考虑到将不同组件集成到一个最终零件中所产生的经济优势 ， 还证明了LP-DED工艺的潜力 ， 尤其是远程自主操作的潜力 。
图31 LP-DED集成动臂/壳体 。
Xue等人使用LP-DED工艺生产CPM-9 V工具钢的旋转切割模具（图32） 。 他们成功地生产了多个旋转模具 ， 证明了LP-DED工艺相对于传统制造工艺的优势 。 特别是 ， 他们证明 ， LP-DED工艺生产的模具可以切割超过180000米的标签 ， 而无需重新塑形 。 使用LP-DED工艺 ， 与传统生产工艺相比 ， 生产时间缩短了三分之一 。 此外 ， 材料成本降低了约50% ， 模具寿命提高了约100% 。
图32 精加工后的LP-DED CPM-9 V旋转切割模 。
最后 ， LP-DED工艺也成功应用于声纳应用中 ， 用于生产文件夹式壳体投影仪（FPS） 。 该部件的特点是具有复杂的薄壁结构 ， 内部尖角无法使用传统制造工艺实现 。 NCR-IMI与加拿大国防研发部（DRDC）合作证明 ， LP-DED工艺可用于生产无裂纹或缺陷的FPS 。
结论和未来展望
本综述的目的是对LP-DED工艺的当前工业应用进行总结 。 与其他AM工艺相比 ， LP-DED工艺的主要优点是生产大型部件的可能性 ， 将材料沉积到现有表面的可能性 ， 以及在制造过程中直接改变沉积材料的可能性 。
观察到 ， 主要应用于涡轮叶片等形状复杂的高价值部件的维修作业 。 与其他修复工艺(如TIG或等离子转移弧焊)相比 ， 鼓励使用LP-DED工艺的原因是更低的热量输入 ， 更低的翘曲和变形 ， 以及更高的精度 。 此外 ， 采用LP-DED工艺可以节省大量的成本和时间 。 提高表面质量是目前LP-DED工艺的主要问题之一 ， 需要进一步的研究工作来优化工艺参数 。 此外 ， 为了改进工艺 ， 获得更高的重复性也是必要的 ， 以了解基板的形状和尺寸的影响 ， 在修复操作的情况下 ， 这与受损的部分重合 。
由于可以在现有表面上沉积 ， 并且在制造过程中可以使用不同的材料 ， LP-DED工艺被广泛用于生产设计材料 。 这种能力被应用在不同的部门 ， 以提高机械性能 ， 如耐磨和耐腐蚀 ， 硬度 ， 和热性能 ， 如模具中的导热系数 ， 以改善热交换 。 现阶段 ， 由于两种不同材料的熔合会产生复杂的现象 ， 功能梯度分析的应用主要局限于研究界面区域的可行性案例 。 主要问题是对每一对废旧材料的工艺参数的选择 。 仿真模型可以通过定义和限制工艺参数窗口 ， 从而限制优化工艺参数所需的实验测试来克服这一问题 。 从文献综述中发现 ， 到目前为止 ， LP-DED工艺用于生产数量有限的、具有相对简单的几何形状和高维特征的零件 。 这与LP-DED工艺无法管理具有悬垂特性的组件有关 。 倾斜基底之间的整合和沉积头的运动允许克服这一限制 。 然而 ， 有必要分析倾斜衬底对沉积参数特性的影响 ， 如粉末流动和功率吸收 。
来源：Current research and industrial application of laser powder directed energy deposition Manufacturing Technology 10.1007/s00170-021-08596-w
参考文献：Slack N (2013) Brandon-Jones A. and Johnston R. Operations management 7th ed. Pearson Edinburgh UK
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