增材制造（AM）是一种快速原型制造技术，在复杂形状组件制造方面表现十分出色。其中，基于送丝的电弧增材制造（WAAM）具有沉积效率和原料经济成本方面的优势。然而，由于高热输入和电弧的作用，导致熔池通常处于失控状态，从而影响了沉积层表面质量。
与WAAM相比，送丝激光增材制造（WLAM）在工作时间、位置和能量的精确控制方面具有优势。通过调整适用的处理参数，如激光功率、丝材供给速度、扫描速度、高度增量和搭接率，以及适当的热处理方法，可以进行有效沉积，并实现柱状晶到等轴晶的转变（CET）。然而，制造样品内部仍存在缺陷，例如内孔。为了优化沉积质量，作者比较了三种增材制造方法：电弧增材制造WAAM，激光-电弧复合增材制造LHAM和激光摆丝增材制造O-WLAM，并提出了使用摆动激光来改善质量的新思路。
通过激光摆动引起的熔池强烈搅拌效应，使得晶粒更加细化，结晶形态也发生了变化，同时孔隙得到了抑制。此外，表面粗糙度和加工余量也得到了改善。因此，摆动激光在改善WLAM的冶金和显微结构缺陷方面起到了关键作用。
该研究探讨了Ti–6Al–4V的O-WLAM的不同摆动路径（线型、圆型、八字型）下的实验结果。确定了在无摆动情况下的最佳激光功率、送丝速度和沉积速度的组合，并选择了最佳的激光摆动过程参数，用于三种摆动形式的增材。同时，研究了摆动振幅和频率对O-WLAM过程中沉积外观和显微结构演变的影响，探讨了激光摆动路径、摆动参数和显微结构演变之间的关系。此外，还阐述了晶粒取向转变和缺陷消除的机制。
这项研究成果发表在期刊《Journal of Materials Research and Technology》上，题为《Microstructural evolution and performance improvement mechanism of Ti–6Al–4V fabricated by oscillating-wire laser additive manufacturing》。
图1. O-WLAM增材制造系统。
图2. O-WLAM过程熔池中激光摆动模拟示意。
图3. O-WLAM不同摆动形式下单道柱晶粒宽度比较。
图4. O-WLAM制备试样的TEM图像和相应的电子衍射图。
