面向工业应用的DED-Arc增材制造集成系统：工艺规划与路径优化协同提升成形精度研究

针对定向能量沉积电弧（DED-Arc）技术中复杂零件成形精度低、材料浪费严重等问题，研究人员开发了集成工艺参数优化与全局路径规划的智能系统，提出约束补偿成形控制方法，将材料利用率从80%提升至95.6%，为工业级增材制造提供了高效解决方案。

　　

在金属增材制造领域，定向能量沉积电弧（Directed Energy Deposition-Arc, DED-Arc）技术因其设备简单、成本低廉和高效成形中大型零件的优势备受关注。然而，当面对复杂多特征结构时，传统工艺规划常导致成形精度差、生产周期长和材料浪费高达20%的痛点。更棘手的是，工业界长期缺乏能同步优化工艺参数与路径规划的集成软件，迫使工程师手动调整路径，严重制约了DED-Arc的产业化应用。

为突破这一瓶颈，国内某研究团队在《Journal of Industrial Information Integration》发表研究，提出了一种革命性的约束补偿成形控制方法。通过融合轮廓偏置路径与锯齿路径优势，建立多层多道边缘塌陷的几何模型，最终开发出全球首个可实现工艺-路径-参数-结构协同优化的工业级DED-Arc集成系统。

研究采用三大关键技术：基于STL模型的高效切片算法、复合路径规划（结合轮廓偏置与锯齿路径）的间隙消除策略，以及通过实验与重叠模型（如单层最优中心距d
=0.738w
）确定的参数优化体系。针对实际工业场景，系统还整合了路径二次修正和参数管理模块。

系统集成与设备
研究构建的软硬件集成平台包含工艺规划软件（支持模型可视化、参数匹配、路径仿真）与多自由度机械执行机构。软件核心采用圆柱面切片算法处理回转体零件，显著提升异形结构处理效率。

单层多道无间隙成形路径规划
通过实验验证，团队提出复合路径策略：轮廓路径保证边缘精度，锯齿路径填充内部区域，配合优化的重叠距离（不同路径重叠时d
=0.47w
，同类路径d
=0.5w
），成功消除单层表面间隙缺陷。

提升成形精度的路径规划
针对多层堆叠导致的边缘材料短缺问题，建立定量计算模型发现：传统方法每层边缘损失约4.4%材料。提出的约束补偿方法通过路径偏移补偿（偏移量d
=(1-a
)w
/4），使材料利用率跃升至95.6%。

复杂零件案例验证
以具有复杂曲线的模型为测试对象，系统生成的路径成功实现0.2mm级成形精度，且无需人工干预。90°层间旋转沉积策略进一步抑制了各向异性缺陷。

这项研究的突破性在于：首次将工艺参数优化与全局路径规划算法深度耦合，开发的专家级软件系统可自动生成工业级成形方案。其提出的约束补偿方法不仅解决了几何保真度难题，更将材料利用率提升至近乎极限水平。该成果为航空航天、海洋工程等领域的高精度复杂部件制造提供了标准化解决方案，标志着DED-Arc技术向智能化、产业化迈出关键一步。