金属零件激光增材制造技术及其应用
金属材料激光增材制造技术
金属材料激光增材制造技术孙峰、李广生金属材料增材制造技术是通过对CAD模型进行离散处理，以金属粉末、颗粒、金属丝材等为原材料，采用高功率激光束熔化/快速凝固逐层堆积生长，直接从零件数模完成高性能零件的近终成形制造。
金属材料增材制造技术，可分为以送粉为技术特征的激光沉积制造（Laser Deposition Melting，LDM）技术和以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。
LDM技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息规划的扫描路径，将送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零件的直接制造。
LDM系统主要包括：激光器及光路系统、水冷机及冷却系统、数控机床系统、送粉器及送粉系统、惰性气体保护系统、激光熔化沉积腔及工艺监控系统等。
图1LDM激光沉积制造技术LDM技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点：（1）无需大型设备与模具，零件近净成形，材料利用率高；工艺流程、制造周期短，制造成本低；（2）零件无宏观偏析，组织细小、致密，力学性能达到锻件水平；（3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造；（4）激光束能量密度高，可实现难熔、难加工材料的近净成形；（5）可对失效和受损零件实现快速修复，并可实现定向组织的修复与制造。
主要缺点：（1）制造成本较高；（2）制造效率较低；（3）制造精度较差，悬臂结构需要添加相应的支撑结构。
SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术。
通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。
SLM系统主要由激光器及光路系统、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4部分组成。
金属材料激光增材制造技术
金属材料激光增材制造技术孙峰、李广生金属材料增材制造技术是通过对CAD模型进行离散处理，以金属粉末、颗粒、金属丝材等为原材料，采用高功率激光束熔化/快速凝固逐层堆积生长，直接从零件数模完成高性能零件的近终成形制造。
金属材料增材制造技术，可分为以送粉为技术特征的激光沉积制造（Laser Deposition Melting，LDM）技术和以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。
LDM技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息规划的扫描路径，将送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零件的直接制造。
LDM系统主要包括：激光器及光路系统、水冷机及冷却系统、数控机床系统、送粉器及送粉系统、惰性气体保护系统、激光熔化沉积腔及工艺监控系统等。
图1LDM激光沉积制造技术LDM技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点：（1）无需大型设备与模具，零件近净成形，材料利用率高；工艺流程、制造周期短，制造成本低；（2）零件无宏观偏析，组织细小、致密，力学性能达到锻件水平；（3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造；（4）激光束能量密度高，可实现难熔、难加工材料的近净成形；（5）可对失效和受损零件实现快速修复，并可实现定向组织的修复与制造。
主要缺点：（1）制造成本较高；（2）制造效率较低；（3）制造精度较差，悬臂结构需要添加相应的支撑结构。
SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术。
通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。
SLM系统主要由激光器及光路系统、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4部分组成。
增材制造技术的应用与发展
增材制造技术的应用与发展一、引言增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）是指通过逐层堆积材料来制造产品的一种先进制造技术。
它采用计算机辅助设计和控制系统，根据三维模型数据逐层堆积材料，逐渐形成成品。
与传统的减材制造技术（Subtractive Manufacturing）相比，增材制造技术具有很多优势，如材料利用率高、制造周期短、几何形状复杂等。
本文将介绍增材制造技术的应用与发展，分别从金属增材制造、塑料增材制造和生物医疗领域进行探讨。
二、金属增材制造的应用与发展1. 概述金属增材制造技术是目前应用最为广泛的增材制造技术之一。
它可以通过激光熔化、电弧熔化等方式将金属粉末熔化，并在特定位置进行堆积，形成金属零件。
这种技术在航空航天、汽车制造、机械制造等领域具有广泛的应用前景。
2. 应用领域金属增材制造技术在航空航天领域得到了广泛应用。
例如，飞机零部件的制造可以使用增材制造技术，既可以满足零部件的高强度和高性能要求，又能够大幅降低零部件的重量。
此外，金属增材制造技术还可以用于制造航天器的推进系统和传感器等。
3. 技术发展随着材料科学和制造工艺的发展，金属增材制造技术也在不断进步。
目前已经出现了多种金属增材制造技术，如选择性激光熔化、电弧增材制造等。
这些技术在金属材料的选择、成型精度和制造效率等方面都有了显著的提升。
三、塑料增材制造的应用与发展1. 概述塑料增材制造技术是一种利用高温喷嘴或喷头将塑料线材加热至熔化，并通过控制喷嘴或喷头的运动轨迹来制造产品的技术。
这种技术在模具制造、个性化定制、家居装饰等领域有着广泛的应用。
2. 应用领域在模具制造领域，塑料增材制造技术可以快速制造模具，从而大大缩短了产品的开发周期。
此外，这种技术还可以用于制造复杂形状的家居装饰品、个性化的艺术品等。
3. 技术发展随着对材料性能要求的提高，塑料增材制造技术的发展也变得越来越重要。
目前，塑料增材制造技术已经可以使用多种高性能塑料材料，如聚酰亚胺、尼龙等。
金属粉床激光增材制造技术
金属粉床激光增材制造技术金属粉床激光增材制造技术是一种新型的金属加工技术，该技术采用激光为能源源，将金属粉末焊接成形，可以直接制造复杂零部件、金属零件及高性能金属材料等。
随着3D 打印技术的快速发展，金属粉床激光增材制造技术被广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、医疗和电子等领域。
金属粉床激光增材制造技术具有多项优势。
首先，该技术可以实现大量小批量订单定制生产，无需加工模具，开销大幅降低。
其次，该技术具有很好的制造复杂形状产品的能力，能够制造出传统加工难以完成的零部件。
例如，内孔、空腔、薄壁等特殊形状产品，同时还能实现多材料复合加工。
第三，该技术制造出的产品质量高、精度高，产品表面光洁度好，并且产品材质硬度等物理性能优良。
第四，该技术具有环保优势，无需削减、磨削、切割等操作，对环境和人体健康无害。
金属粉床激光增材制造技术主要包括以下步骤：首先，设定产品三维数字模型；其次，将金属粉末在加热激光束下熔化，并将其固化成物体的一层，通过不断重复该过程，最终形成完整的三维物体。
在这个过程中，需要根据物体的形状、几何结构和材质特性选择适当的处理参数，使该技术的加工效率和加工质量达到最优化状态。
随着3D打印技术的不断创新和改进，金属粉床激光增材制造技术的应用前景非常广阔。
首先，航空、航天领域可以采用该技术制造轻量化和高强度材料的结构件和航空发动机。
其次，汽车行业可以生产轻量化汽车零部件，提高汽车性能。
第三，医疗领域可以生产人造骨、人造器官等高性能医疗器械。
第四，电子行业可以生产高性能散热器、导热板、触控传感器等电子元器件。
总之，金属粉床激光增材制造技术在未来的制造工业中将会发挥重要作用。
激光定向能量沉积增材制造技术及应用
激光定向能量沉积增材制造技术及应用1.引言1.1 概述概述激光定向能量沉积增材制造技术是一种先进的三维打印技术，它通过激光束将金属粉末熔化并逐层积累，从而实现对复杂形状零件的快速制造。
该技术具有高效、精确、可塑性强等特点，在制造业领域引起了广泛的关注和应用。
本文将深入探讨激光定向能量沉积增材制造技术的原理和应用，并展望其在未来的发展前景。
随着科技的发展和制造业的进步，零件的制造需求日益增加，特别是那些具有复杂形状和特殊功能要求的零件。
传统的加工方法往往会遇到制造困难和高成本的问题，因此需要一种新的制造技术来满足这些需求。
激光定向能量沉积增材制造技术的出现正是为了解决这些问题。
激光定向能量沉积增材制造技术与传统的加工方法相比，具有许多独特的优势。
首先，它可以根据设计要求实现高度个性化的制造，对于小批量生产和定制化生产非常适用。
其次，该技术能够实现快速、高效的制造过程，大大节约了制造时间和成本。
此外，激光定向能量沉积增材制造技术还具有高精度、材料利用率高、具备较好的机械性能等特点，能够满足各类零件的制造要求。
该技术的原理是通过激光束在金属粉末上进行选区熔化，将熔化的金属逐层积累成为固态零件。
在这个过程中，激光束的能量被准确地控制和定向，以实现精确的制造。
同时，激光束的使用还可以避免了传统加工方式中可能产生的机械损伤和变形问题。
激光定向能量沉积增材制造技术在许多领域都得到了成功应用。
例如航空航天领域，该技术可以制造出轻量化、高强度的零件，提高了飞行器的性能和燃油利用率。
同时在医疗领域，激光定向能量沉积增材制造技术也可以制造出个性化的医疗器械和假肢等，为患者提供更好的治疗和生活质量。
展望未来，激光定向能量沉积增材制造技术将会在更多领域得到应用和发展。
随着材料科学和激光技术的不断进步，该技术的制造速度和精度将进一步提高，为制造业带来更多的机遇和挑战。
同时，随着3D打印技术逐渐普及和成熟，激光定向能量沉积增材制造技术也将成为未来制造业的重要发展方向和趋势。
金属增材制造技术及其应用前景
金属增材制造技术及其应用前景金属增材制造是一种新型的制造技术，它是通过三维打印和激光堆焊等技术，在金属原材料上一层一层地构建出所需要的金属构件。
相比传统的金属制造方法，金属增材制造具有较高的精度、较短的制造周期和灵活的生产方式等优点。
近年来，随着金属增材制造技术的不断发展和成熟，它已经被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
金属增材制造技术有着广泛的应用前景，可以满足汽车制造、医疗、军工、航空等各个领域的需求。
一、金属增材制造的技术方法金属增材制造技术有许多种方法，其中比较常见的有三维打印和激光堆焊技术。
1.三维打印技术三维打印技术是将金属原材料分层逐层地积累形成构件的制造方法。
首先根据需要建立数字模型，然后将该数字模型输入到三维打印机中，通过熔融、粉末、光束等不同的方式，将金属层层打印出来，直到构建出所需的形状。
三维打印技术不但可以生产出各种形状的构件，而且具有高精度、复杂度大、生产效率高等优点。
2.激光堆焊技术激光堆焊技术利用激光束瞄准工作面进行熔化，熔化过的金属材料很容易将下一层的粉末焊接在一起。
激光焊接过程中，熔化的金属材料可以很好地与下一层的金属粉末融合在一起，这样就可以形成精确的金属构件。
激光堆焊技术具有极高的焊接精度和摆放自由度，几乎可以将任何一件被设计的零件完整焊接。
二、金属增材制造技术的优势金属增材制造技术的出现很大程度上改变了传统的金属制造方式，它具有以下的优势：1.制造周期短传统金属制造，需要制造，加工，精加工等多个步骤，而且每一步都需要特定的设备和时间。
然而，在金属增材制造中，因为是逐层构建出构件，所以制造周期大大缩短。
例如，在三维打印中，利用打印机可以在数小时之内迅速制造出由数百至数千层构成的金属构件。
2.制造精度高相比传统的加工方式，金属增材制造技术具有更高的制造精度。
因为增材制造技术利用数字模型进行工作，它可以准确地控制每一层的厚度和形状，从而达到更高的制造精度。
金属零件激光增材制造技术的发展及应用
金属零件激光增材制造技术的发展及应用
李怀学;巩水利;孙帆;黄柏颖
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2012(000)020
【总页数】6页(P26-31)
【作者】李怀学;巩水利;孙帆;黄柏颖
【作者单位】中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室;中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室;中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室;中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室
【正文语种】中文
【相关文献】
1.激光增材制造技术常用金属材料激光吸收率测量 [J], 严深平;张安峰;梁少端;王潭
2.高性能金属零件激光增材制造技术研究进展 [J], 张安峰;李涤尘;梁少端;王潭;严深平;张连重
3.金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展 [J], 王华明
4.Nd:YAG激光器金属零件激光快速成型工艺研究 [J], 陈光霞;卢尧军;曾晓雁
5.增材制造技术在航空航天金属构件领域的发展及应用 [J], 任慧娇; 周冠男; 从保强; 马慧君; 董文启
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解析金属增材制造技术在航空领域的发展与应用
解析金属增材制造技术在航空领域的发展与应用航空工业在上个世纪80年代就开始使用增材制造技术，之前增材制造在航空制造业只扮演了做快速原型的小角色。
最近的发展趋势是，这一技术将在整个航空航天产业链占据战略性的地位。
包括波音、空客、LockheedMartin,霍尼韦尔以及普惠都做出了表率行动。
新一代飞行器不断向高性能、高可靠性、长寿命、低成本方向发展，越来越多地采用整体结构，零件趋向复杂化、大型化，从而推动了增材制造技术的发展与应用。
增材制造技术从零件的三维CAD模型出发，无需模具，直接制造零件，可以大大降低成本，缩短研制周期，是满足现代飞行器快速低成本研制的重要手段，同时也是满足航空航天超规格、复杂金属结构制造的关键技术之一。
电子束熔丝沉积成形电子束熔丝沉积技术又称为电子束自由成形制造技术(ElectronBeamFreeformFabrication，EBF3)。
在真空环境中，高能量密度的电子束轰击金属表面形成熔池，金属丝材通过送丝装置送入熔池并熔化，同时熔池按照预先规划的路径运动，金属材料逐层凝固堆积，形成致密的冶金结合，直至制造出金属零件或毛坯。
电子束熔丝沉积快速成形技术具有一些独特的优点，主要表现在以下几个方面：(1)沉积效率高。
电子束可以很容易实现数10kW大功率输出，可以在较高功率下达到很高的沉积速率(15kg/h)，对于大型金属结构的成形，电子束熔丝沉积成形速度优势十分明显。
(2)真空环境有利于零件的保护。
电子束熔丝沉积成形在10-3Pa真空坏境中进行，能有效避免空气中有害杂质(氧、氮、氢等)在高温状态下混入金属零件，非常适合钛、铝等活性金属的加工。
(3)内部质量好。
电子束是“体”热源，熔池相对较深，能够消除层间未熔合现象;同时，利用电子束扫描对熔池进行旋转搅拌，可以明显减少气孔等缺陷。
电子束熔丝沉积成形的钛合金零件，其超声波探伤内部质量可以达到AA级。
(4)可实现多功能加工。
电子束输出功率可在较宽的范围内调整，并可通过电磁场实现对束流运动方式及聚焦的灵活控制，可实现高频率复杂扫描运动。
钛合金激光增材制造技术研究进展
钛合金激光增材制造技术研究进展随着技术的不断进步和发展，钛合金激光增材制造技术也越来越得到了广泛的关注和应用。
在钛合金制造领域，这种新兴的技术已经成为了一种重要的制造方法。
在本文中，我们将会探讨钛合金激光增材制造技术研究的进展以及其应用的前景。
1、钛合金激光增材制造技术的发展钛合金激光增材制造技术是一种基于激光熔化和固化的制造方法，是将钛合金粉末通过激光熔化和固化的方式，层层堆叠成为三维结构的方法。
在过去的几十年里，钛合金激光增材制造技术一直处于不断发展和改进的状态。
在早期，钛合金激光增材制造技术仅用于快速原型制作和小批量生产，但随着生产工艺的不断改进和钛合金材料性能的提高，这种技术被广泛应用于形态复杂和具有高性能要求的零部件的制造。
近些年来，随着人们对钛合金激光增材制造技术的应用领域的不断拓展和深入研究，该技术已成为航空航天、能源、汽车、医疗等领域的首要选择。
2、钛合金激光增材制造技术的特点（1）高效率利用钛合金激光增材制造技术可以实现快速制造，这主要得益于其高效的生产速度。
通过颗粒加热和熔化的方式，可以实现快速的制造过程。
此外，相较于传统的制造工艺，钛合金激光增材制造技术还具有更灵活的制造方式和更加精确的制造质量。
（2）高精度钛合金激光增材制造技术的一个显著特点就是其制造精度高。
因为这种制造方式是通过采用激光熔化和固化的方法到达理想的成形结果，所以钛合金激光增材制造技术可以制造出高度复杂和精密的零部件。
（3）柔性生产钛合金激光增材制造技术的灵活性非常高，可以将理论设计的模型转化为真实的物体形态。
此外，同样的制造设备还可以应用于多种不同形态和性能要求的制造任务。
3、钛合金激光增材制造技术的应用钛合金激光增材制造技术已被广泛应用于航空航天、能源、汽车、医疗等领域的高度复杂的零部件的制造。
比如，可以通过该技术制造高性能的涡轮叶轮、高温结构零部件、人工关节等等。
此外，钛合金激光增材制造技术还可以用于研发新型的材料，提升已有的材料的性能。
金属材料增材制造技术应用现状及发展趋势
金属材料增材制造技术应用现状及发展趋势文/ 孙子文0 前言增材制造技术（又称“3D打印”）被誉为引领产业变革的颠覆性技术之一。
区别于传统对原材料切削组装的减材加工过程，增材制造技术通过数字模型文件将金属粉末、塑料等可结合材料熔融、挤压、烧结、光固化等逐点、逐线、逐面堆积，制造出实际物体。
增材制造根据数字模型制造出复杂结构，节省材料、可灵活设计和个性化定制。
随着新型材料的不断应用和增材制造技术的发展，增材制造技术大量应用在航空航天、生物医疗、交通、智能穿戴等领域。
近年来，增材制造技术越来越受到重视，美国、英国、德国等都提出了增材制造技术研究、产业计划，投入大量人力物力进行产业竞争。
我国也对增材制造技术加以支持，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》重点提及增材制造；《增材制造标准领航行动计划（2020－2022年）》提出推动2~3项我国优势增材制造技术和标准制定为国际标准，增材制造国际标准转化率达到90%，增材制造标准国际竞争力不断提升。
北京、广东、陕西等地也根据实际情况不断推动增材制造产业发展，2020年广东省3D打印设备产量增长超过100%。
金属材料广泛应用于工业生产和日常生活的各个领域，金属材料增材制造工艺作为门槛最高、前景最好的技术之一，也应用在多个领域。
本文介绍金属材料增材制造的工艺、应用，讨论金属材料增材制造的面临挑战和发展趋势，展望金属增材制造技术的前景。
1 金属材料增材制造工艺根据热源来分，金属材料增材制造技术可分为激光、电子束、电弧增材制造。
激光增材制造主要应用于复杂小件的精密快速成形；电子束增材制造能量密度和能量利用率都较高，使得沉积效率和速率也很高；电弧增材制造主要适用于大尺寸、低精度复杂形状工件的快速成形制造，但由于精度低，成形后通常需要后续处理。
金属粉末的增材制造主要有选区激光烧结、选区激光融化、电子束选区融化等，通过数字模型用高能束进行烧结融化，单层成形后，成形平台下降一个单层的高度，铺粉系统制备一层新的粉末材料，然后高能束照射形成新的单层，循环往复，形成三维实体样品。
高性能金属构件的激光增材制造
高性能金属构件的激光增材制造激光增材制造（Laser Additive Manufacturing，简称LAM）是一种新型的金属构件制造技术，它通过激光熔化金属粉末逐层堆积，实现快速、高精度的金属构件制造。
LAM具有很高的设计自由度和加工灵活性，可以制造出复杂形状、高性能的金属构件，因此在航空航天、汽车、医疗器械等领域具有广阔的应用前景。
本文将针对高性能金属构件的激光增材制造进行深入探讨。
一、激光增材制造技术概述激光增材制造是一种以激光熔化金属粉末为原料，通过逐层堆积的方式进行构件制造的先进制造技术。
其工作过程主要包括以下几个步骤：在制造床上铺设一层金属粉末，然后利用激光束对金属粉末进行熔化，形成一层薄片；接着，通过改变激光束的焦距和扫描轨迹，熔化下一层金属粉末，将其与上一层熔化的金属薄片相接触，形成新的一层金属薄片；如此往复，直至构件的所有层都被堆积完成。
激光增材制造可以用于多种金属材料，包括钛合金、不锈钢、铝合金等，能够制造出具有复杂内部结构和高性能的金属构件。
激光增材制造具有以下显著特点：具有很高的制造自由度，可以制造出几何形态复杂的金属构件，满足不同应用的要求；由于是以金属粉末为原料，因此原材料利用率高，废料少，符合节能环保的要求；激光增材制造还具有高效、灵活的加工特性，可以快速制造出小批量、个性化的产品。
1. 航空航天领域航空航天领域对金属构件的性能要求非常高，因此激光增材制造技术在该领域具有巨大的应用潜力。
航空发动机的减重和结构强化是航空发展的重要方向，而激光增材制造可以制造出轻量化、高强度的金属构件，满足发动机零部件的需要；激光增材制造还能够制造出具有复杂内部结构的冷却孔板、叶片等航空发动机零部件，提高其散热效率和压气机效率；激光增材制造还能够制造出整体成形的航空航天结构件，减少焊接接头，提高结构的强度和可靠性。
2. 汽车工业汽车行业对金属构件的制造精度和材料性能要求也非常严格，因此激光增材制造技术在汽车工业中有着广泛的应用。
激光增材制造及其工业应用PPT课件
装机应用，并制造出了迄今 世界尺寸最大的飞机钛合金大
型结构件激光快速成 形工程化成套设备2013年其团队成功 成形出歼－31战机“眼镜式”钛合金主承力构件加强框， 标志着 我国高性能钛合金增材制造技术进入世界的领先地
位。
Ｆ－ 18E/F翼根吊环
钛合金主承力构件加强框
缺点
（1）成形件内部存在气孔，气孔形貌呈规则球形或类球形，分布具有随机性; （2）成形件内部存在熔合不良和开裂 ，熔合不良缺陷形貌不规则，多分布在熔覆层间或道间。
8
技术应用
激光增材制造高性能钛合金 在航空航天领域的研究进展
高性能钛合金增材制造技术在航空航天领域的 应用最早始
于美国 AeroMet公司，它是世界上第一 家掌握钛合金结构 件激光增材制造并成功实现装机 应用的企业。 AeroMet公 司在美国军方的资助下， 同波音、洛克希德马丁公司等军
航空发动机单叶轮零部件 航空发动机多层复合整体叶轮
9
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
成形的加工方法。 但传统的加工方法往往工序多、工模具成本高、
从设计到零件制造周期 长，且对具有复杂内腔结构的零件往往无
传
能为力，难以满足新产品的快速 响应制造需求。20世纪90年代以
统
来， 随着激光技术、计算机技术、CAD/ CAM 技术以及机械工程
铸
技术的发 展，金属零件激光增材制造技术在激光熔覆技术和快速
2.金属零件激光增材制造技术的发展及应用_李怀学
1897~2976kg，最终机械加工后零件 用。美国 Sandia、
重量仅为 83.7~143.8kg，材料利用率 Los Alomos 国 家
达到 2.92%~4.90%，单件零件机械切 实验室和密西根 削加工时间长达 6 个月以上。与锻 大学 J. Mazumder
（a）内壁修复
压 - 机械加工传统制造技术相比，激 教授研究组分别
李怀学 博士，中航工业北京航空制造工程
研究所高能束流加工技术实验室高级工 程师。主要从事激光快速成形和修复方 面的研究工作，目前承担及完成课题近 10 项，已发表论文 20 余篇，申请专利 3 项。
随着制造业全球化及市场的激 烈竞争，产品快速开发已成为竞争 的重要手段之一。为满足制造业日 益变化的客户需求，制造技术必须具 有高柔性，能够以小批量甚至单件生 产迎合市场。传统金属零件去材或 受迫成形制造方法往往工序多、工模
有 序 的 二 维 层 片；根 据
每 层 轮 廓 信 息，进 行 工
艺 规 划，选 择 加 工 参 数，
自 动 生 成 数 控 代 码；成
形机制造一系列层片并
自 动 将 它 们 联 接 起 来，
得到三维物理实体 。 [5-6]
这样将一个物理实体的
（b）侧向 图1 激光熔覆同步送粉方式
复杂三维加工离散成一 系 列 层 片 的 加 工，大 大
150~200mm29
52
251~300mm
的 成 形 过 程；成 形 全 过 程 的 快 速 响 应，适 合 现 代激烈的产品市场。快 速原型技术有 20 多种，
201~250mm
样品中出现裂纹 其典型技术包括立体印
图2 激光熔覆制备Fe-Co-Al合金的耐磨性
先进的直接金属激光烧结技术及其应用
一、概述直接金属激光烧结技术是一种先进的金属制造技术，它通过激光束对金属粉末进行快速烧结，从而实现高精度、高效率的金属制造。
本文旨在介绍直接金属激光烧结技术的原理和特点，探讨其在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域的应用，并展望其未来的发展前景。
二、直接金属激光烧结技术的原理直接金属激光烧结技术是一种基于激光熔化的金属增材制造技术。
它采用高能密度的激光束，将金属粉末逐层烧结成所需形状的零部件。
这一过程中，激光束经过光束聚焦系统聚焦成微小斑点，瞬间加热金属粉末至熔化温度，然后在瞬间凝固成形。
三、直接金属激光烧结技术的特点1. 高精度：激光束的直接烧结能够实现对金属粉末的精确操控，使得制造出的零部件具有极高的精度和表面质量。
2. 高效率：相比传统的切削加工，金属激光烧结技术能够大大提高生产效率，节约成本，减少浪费。
3. 节能环保：激光烧结技术无需切削刀具，减少了对原料的浪费，同时减少了对环境的污染。
4. 可塑性强：金属激光烧结技术适用于多种金属材料，形状复杂的零部件制造也相对容易。
四、直接金属激光烧结技术在航空航天领域的应用航空航天领域对零部件的精度要求非常高，传统加工技术难以满足这一需求。
而金属激光烧结技术的高精度、高效率特点，使其在航空航天领域得到了广泛的应用。
通过金属激光烧结技术，可以制造出形状复杂、精度高的航空航天零部件，提高了整个行业的制造水平。
五、直接金属激光烧结技术在汽车制造领域的应用汽车制造领域对零部件的生产效率要求较高，传统的加工方式已经无法满足这一需求。
金属激光烧结技术以其高效率的特点，被广泛应用于汽车制造领域。
利用这一技术，可以快速制造出汽车发动机零部件、车身结构件等，提高整个汽车制造过程的生产效率。
六、直接金属激光烧结技术在医疗器械领域的应用医疗器械的制造对材料的耐腐蚀性、生物相容性等方面有着严格要求。
直接金属激光烧结技术能够制造出具有高强度、高精度的医疗器械零部件，例如人工关节、牙科种植体等，应用广泛。
金属增材制造技术的应用优势
金属增材制造技术的应用优势
金属增材制造技术，也被称为3D打印金属，是一种通过逐层堆积金属粉末或线材，并在每层上进行焊接、烧结或熔化的方法制造金属零件的技术。
其应用优势包括以下几个方面：
1. 复杂结构制造：金属增材制造技术可以实现复杂零件的一次成型，而传统的加工技术通常需要多次操作和组合。
因此，它可以为设计师提供更多的自由度，使其在设计过程中更加灵活和创新。
2. 减少废料：传统的金属加工技术通常需要从大块材料中切割或切削出所需的形状，产生了大量的废料。
而金属增材制造技术可以将金属粉末或线材直接转化为所需形状的零件，从而大大减少了废料的产生。
3. 提高生产效率：金属增材制造技术可以快速制造复杂零件，从而缩短了生产周期。
此外，由于它可以在同一台机器上制造多种不同的零件，因此可以大大提高生产效率。
4. 改善产品性能：金属增材制造技术可以制造出高质量的零件，具有优异的性能和可靠性，因为其可以在制造过程中控制材料的性质和结构。
此外，它还可以制造出轻量化的零件，从而提高产品的性能和效率。
5. 降低成本：尽管金属增材制造技术的初始成本高于传统的加工技术，但它可以减少废料的产生和提高生产效率，从而降低了整体生产成本。
此外，它还可以减少零件的库存需求，因为可以根据需要制造所需数量的零件。
金属材料激光增材制造技术及在航空发动机上的应用_刘业胜-上商飞
金属材料激光增材制造技术及在航空发动机上的应用中航商用航空发动机有限责任公司 刘业胜 韩品连 胡寿丰 柴象海 曹 源随着增材制造技术的不断发展及技术的不断突破，研制零件的力学性能、疲劳性能等不断提高，其在工业领域，特别是航空航天领域必将具有非常广阔的应用前景。
Development of Laser Additive Manufacturing With Metallic Materials andIts Application in Aviation Engines刘业胜毕业于哈尔滨工业大学机电工程学院，硕士。
现任职于中航商用航空发动机有限责任公司，主要从事航空发动机压气机结构设计、先进加工制造技术与新材料在航空发动机零部件上的工程应用研究。
金属材料增材制造技术及其特点金属材料增材制造技术，又称3D 打印技术、激光快速成型技术，主要以金属粉末（尺寸小于1mm 的金属颗粒群）、颗粒或金属丝材为原料，通过CAD 模型预分层处理，采用高功率激光束熔化堆积生长（“增材制造”），直接从CAD 模型一步完成高性能构件的“近终成形”[1]。
金属材料增材制造技术，可分为激光直接熔化制造技术（Laser Melting Deposition,LMD）和选择性激光熔化技术（SelectLaser Melting，SLM）。
与传统的金属零件加工技术相比，金属材料增材制造技术有着无法比拟的优点[2]，具体如下：（1）零件室温综合力学性能优异；（2）复杂零件制造工艺流程较传统工艺大大缩短；（3）无模具快速自由成型，制造周期短，小批量零件生产成本低；（4）零件近净成型，机加余量小，材料利用率高；（5）可实现多种材料任意复合制造；（6）激光束能量密度高，可实现传统难加工材料如TC4、Inconel718、17-4PH、38CrMnSiA 等的成型。
金属材料增材制造技术是一门融合了计算机软件、材料、机械、控制、网络信息等多学科知识的系统性、综合性技术。
金属材料激光增材制造技术研究
金属材料激光增材制造技术研究激光增材制造技术是一种新型的制造工艺，它通过对金属材料进行快速熔化和凝固，实现从零件的几何形状设计到生产完整零部件的整个过程。
其优点在于能够快速地生产出高强度和高质量的金属零部件，且其制造的零部件的构件材料完整性高、性能良好、制造速度快、制造成本低，同时可以有效地减少对环境的污染和能源消耗。
随着激光技术的不断发展和完善，激光增材制造技术也的逐渐成为了制造业中的一个热门领域。
金属材料激光增材制造技术是利用高能密度的激光进行材料精确熔化、液态成形和快速凝固实现制造精密金属零件的制造方法。
它主要是通过对设计模型进行层层剖分，利用激光扫描进行材料熔化与固化形成多层肌理的工艺，采用机器控制系统对制造工艺进行可控制，并具有较高的加工速度和加工精度，在高温、精密、复杂等领域有广泛的应用实际上，金属材料激光增材制造技术的研究自20世纪60年代开始，但是由于技术的局限性和研究领域的不明确使得这个技术迟迟得不到应用。
随着激光技术的突飞猛进以及新型金属材料的开发，特别是金属3D打印技术的发展，金属材料激光增材制造技术又一次引起了人们的广泛关注和研究。
近几年来，金属材料激光增材制造技术得到了广泛的应用，并取得了许多显著的成果。
金属激光3D打印技术已成为制造业领先的技术之一。
金属材料激光增材制造技术已成功地应用于微电子、航空航天、汽车制造和医疗等行业，特别是航空制造和航空发动机的制造，其严格的质量控制要求及其应用环境的严苛要求，亟需高耐热、高性能材料，而金属材料激光增材制造技术的高精度加工和精确控制可满足这一需求。
其实，在金属材料激光增材制造技术的研究过程中，同样有很多的问题和挑战需要解决。
例如，材料的特性和其形状等很难得到保证，加工后的零件尺寸精度和表面质量很容易受到一些因素的影响，如：温度怎么控制，金属材料从与加工我偏远等。
这些问题都需要针对性的解决方法，这也是研究金属材料激光增材制造技术的难点所在。
论述金属增材制造技术的分类、原理、特点和应用范围。
论述金属增材制造技术的分类、原理、特点和应用范围。
金属增材制造技术（Metal Additive Manufacturing，MAM）是一种先进的制造方法，它通过逐层堆积金属粉末或线材并利用熔化固化的方式创建金属零件或产品。
金属增材制造技术在制造业中具有广泛的应用范围，可以应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
本文将对金属增材制造技术的分类、原理、特点和应用范围进行论述。
一、分类金属增材制造技术主要可以分为以下几种：1. 激光熔化成型技术（Laser Melting Deposition Technique，LMDT）：该技术利用激光束将金属粉末或线材进行熔化和堆积，形成零件的三维结构。
2. 电子束成型技术（Electron Beam Melting，EBM）：该技术利用电子束将金属粉末进行局部熔化，通过粉末床的叠加和熔化固化形成零件。
3. 选区激光熔化成型技术（Selective Laser Melting，SLM）：该技术利用高能量密度激光束对金属粉末进行选择性熔化，通过层叠和熔化固化形成金属零件。
4. 有源金属熔化成型技术（Directed Energy Deposition，DED）：该技术利用激光束或电子束将金属粉末或线材进行熔化和喷涂，形成零件的二维或三维结构。
二、原理金属增材制造技术的基本原理是将金属粉末或线材经过特定的加工和处理后，通过叠加层叠或局部熔化固化的方式逐层建造金属零件。
1. 激光熔化成型技术：利用激光束集中照射金属粉末或线材的特定区域，使其局部熔化并与前一层的材料熔化界面连接，以逐层建立三维结构。
2. 电子束成型技术：利用高速电子束对金属粉末进行扫描，使其局部熔化并与前一层的材料熔化界面结合，从而逐层构建金属零件。
3. 选区激光熔化成型技术：利用激光束对金属粉末进行遥控熔化，通过层叠和熔化固化形成金属零件的三维结构。
4. 有源金属熔化成型技术：利用激光束或电子束将金属粉末或线材进行熔化和喷涂，形成零件的二维或三维结构。
激光熔覆增材制造技术
激光熔覆增材制造技术
激光熔覆增材制造技术是一种先进的制造技术，它运用激光束将
金属粉末或线材进行局部加热，快速熔化并凝固成为一个加工件。
该
技术因其高精度、高复杂度、高效率、节省材料、可定制化等特点而
在制造领域广泛应用。
与传统的材料制造技术相比，激光熔覆增材制
造技术具有许多优点，可以大幅减少材料的浪费和成本，提高生产效
率和产品质量，同时也能够帮助改善环境和减少对人类健康的影响。
激光熔覆增材制造技术的原理是通过熔化金属粉末或线材在基础
材料上堆积叠加，逐层形成3D打印件。
该技术操作简单，加工速度快，能够制造出极高精度和表面质量的零件和构件。
它可以在极短的时间
内生产便携式设备、医疗器械、航空航天零件、汽车部件等高价值产品，减少时间和资金成本，有效提高生产力。
激光熔覆增材制造技术还可以实现多种金属及其合金的自由组合，并且能够加工出形状复杂的零件，具有很高的灵活性和可塑性。
除了
金属材料，该技术还能加工塑料、陶瓷等多种材料，拓展了其应用范围。
总之，激光熔覆增材制造技术是未来制造业的重要趋势和方向之一，将会持续推动制造业的升级和发展。
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传统零件制备工艺主要是减材制造。
从一块原材料开始，通过切割、钻、铣削等机械工艺方式去除部分材料，从而获得一个三维物体形态，这个过程中材料的利用率较低。
而增材制造通过极小单位的原材料的叠加产生三维物体形态，虽然后期也可能通过再加工产生废料，但总体来说对材料的浪费是很少的。
这在原型制作以及小批量生产上明显优于传统减材技术。
激光增材制造技术是一种基于离散/ 堆积成形思想的新型制造技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等新技术而发展起来的先进产品研究与开发技术。
其基本过程是将三维模型沿一定方向离散成一系列有序的二维层片；根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成形机制造一系列层片并自动通过激光熔敷、烧结、沉积等将它们联接起来，得到三维物理实体。
这样将一个物理实体的复杂三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，且成形过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的复杂程度无关。
该技术的主要特点有：高柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；成形过程无需专用夹具或工具；无需人员干预或只需较少干预，是一种自动化的成形过程；成形全过程的快速响应，适合现代激烈的产品市场。
尤其是金属零件，其主要采用激光增材制造技术，以高功率或高亮度激光为热源，逐层熔化金属粉末，直接制造出任意复杂形状的零件。
其主要方法有：
1、激光直接沉积增材制造技
该技术可追溯到20 世纪70 年代末期的激光多层熔覆研究，但直到20世纪90年代，国内外众多研究机构才开始对同轴送粉激光快速成形技术的原理、成形工艺、熔凝组织、零件的几何形状和力学性能等基础性问题开展大量的研究工作。
激光直接沉积技术为航空航天大型整体钛合金结构制造提供一种短周期、高柔性、低成本手段。
为了提高结构效率、减轻结构重量、简化制造工艺，国内外飞行器越来越多地采用了大型整体钛合金结构。
与锻压- 机械加工传统制造技术相比，激光直接沉积增材制造技术具有以下特点：无需零件毛坯制备，无需锻压模具加工，无需大型或超大型锻铸工业基础设施及相关配套设施；材料利用率高，机加工量小，数控机加工时间短；生产制造周期短；工序少，工艺简单，具有高度的柔性与快速反应能力；采用该技术还可根据零件不同部位的工作条件与特殊性能要求实现梯度材料高性能金属零件的直接制造。
激光直接沉积技术还可以为航空航天、工模具等领域高附加值金属零部件的修复提供一种高性能、高柔性技术。
由于工作环境恶劣，飞机结构件、发动机零部件、金属模具等高附加值零部件往往因磨损、高温气体冲刷烧蚀、高低周疲劳、外力破坏等因素导致局部破坏而失效。
另外，零件制造过程中误加工损伤是其被迫失效的另一重要原因。
若这些零部件被迫报废，将使制造厂方蒙受巨大的经济损失。
与传统热源修复技术相比，激光直接沉积技术因激光的能量可控性、位置可达性高等特点逐渐成为其关键修复技术。
2、激光选区熔化增材制造技术
激光选区熔化技术是由德国Frauhofer研究所于1995年提出，在金属粉末选择性烧结基础上发展起来的。
2002年该研究所在激光选区熔化技术方面取得巨大成就，可一次性地直接制造出完全致密性的零件。
随着高亮度光纤激光的出现，国外金属粉末选区熔化激光精密增材成形技术发展突飞猛进。
譬如，德国EOS GmbH 公司新开发的激光选区熔化设备EOSINT M280 采用束源质量高的Yb 光纤激光器，将激光束光斑直径聚焦到100μm，大幅提高激光扫描的速度，减少成形时间，其成形零件性能与锻件相当。
激光选区熔化技术可直接制成终端金属产品，省掉中间过渡环节；零件具有很高的尺寸精度以及好的表面粗糙度（Ra 为10~30μm）；适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构、用传统方法无法制造的复杂工件；适合单件和小批量复杂结构件无模、快速响应制造。
2009 年以来，中航工业北京航空制造工程研究所通过与国际著名激光粉末烧结设备制造商——德国EOS 公司的技术交流，自主开发建立激光选区熔化增材制造技术平台，研制出一些典型金属结构件，其TC4 钛合金力学性能与锻件相当，但仍受到层片扫描轨迹优化设计、应力及变形协调控制等基础问题制约。
激光增材制造其实质就是CAD软件驱动下的激光三维熔覆过程。
所以其不仅可实现激光熔覆制备耐磨涂层和功能梯度材料，而且可修复高附加值的金属件和直接制造任意复杂结构的金属零部件。
随着其成形工艺和装备不断地成熟和提高，成形材料从钛合金、镍基合金、不锈钢、钴铬合金等成熟材料种类，不断推出新材料。
通过拓扑优化设计结构，激光选区熔化技术可制造出大幅减轻重量的航空航天金属结构件。
目前，金属零件激光增材技术面临的主要挑战包括成形过程应力及变形、材料组织及性能控制、质量检测及标准建立等。
产品创新是我国制造行业可持续发展的基础，而金属零件的激光快速成形技术对新产品的开发速度和重要零部件的再制造将起到十分重要作用。
金属零件激光增材制造技术开创了一个崭新的设计、制造概念。
它以相对低的成本、高速造型、可修改性强的特点，独特的工艺过程，为提高产品的设计质量、降低成本、缩短设计及制造周期，为将产品尽快推向市场提供了有效的方法，尤其适合于形状复杂的零件。
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