自适应闭环控制是电弧增材制造（WAAM）热稳定性挑战的解决方案吗？

电弧增材制造（WAAM）是一种材料沉积工艺，利用多轴运动控制系统和电弧焊工艺逐层构建结构。该工艺的热稳定性通常是一个挑战：WAAM 中的层间停留时间通常在堆积开始前预设。因此，所需的冷却时间通常是根据经验计算出来的；通常不会考虑从一层到下一层的熔敷中所收集的热量。

图 1. 使用 MeltPool AI 图像分析工具进行 WAAM 质量监控。正确的熔池几何形状（a）会使表面更平滑、更均匀（b），而过热的沉积物则会导致熔池不受控制地增长，直至坍塌（c）。这种熔池坍塌会导致 WAAM 堆积侧表面不平整（d）。(图片 (b) 和 (d) 摘自 Shah A, Aliyev R, Zeidler H, Krinke S. 制造与材料加工杂志，2023 年)

熔池参数（如面积、方向、宽度、长度、偏心率等）可实时用于创建闭环 PID 反馈控制，以确保 WAAM 工艺的热稳定性，确保达到所需的冷却速率，从而获得指定的微观结构，尤其是与Xiris XIR-1800 热像仪的温度测量相结合时。温度测量可以通过控制层间温度来改进闭环控制：热像仪可以测量每个沉积层的温度，一旦层间温度达到必要的值，就可以开始下一个沉积层，而不是在层间等待一个预设的时间。

熔池分割也可用于 WAAM 工艺，通过检查焊接熔池尺寸是否始终在控制范围内（尽管有热量积累）来确保材料不会溢出。将热量积聚控制在极限范围内有助于避免熔池塌陷，从而提高加工余量。

结论

自适应闭环控制在解决 WAAM（电弧增材制造）工艺的热稳定性难题方面发挥着重要作用。通过集成自适应闭环控制，可以在 WAAM 工艺中实现理想的微结构，从而提高热稳定性。使用Xiris XIR-1800等热像仪进行温度测量，可通过监测层间温度和实时调整工艺提供额外的自适应闭环控制选项。从而实现更好的工艺控制。