金属零件激光增材制造技术的发展及应用_李怀学
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技术是一种利用激光将金属粉末连续熔化并层层堆积成三维构件的先进制造技术。
相比传统的加工方法，激光增材制造具有快速、灵活、高效、精密等优势，特别适用于制造高性能金属构件。
激光增材制造技术可以制造复杂形状的金属构件，不受几何限制。
通过软件的支持，可以实现各种形状的设计和制造，包括悬臂梁、复杂曲线等。
与传统的金属加工方法相比，激光增材制造无需额外的工装和模具，可以直接将设计图纸转化为最终产品，大大提高了制造的灵活性和效率。
激光增材制造还可以实现金属构件的功能性设计。
通过调整金属粉末的比例和结构，可以实现不同区域的材料性能差异，从而满足不同的工程需求。
在制造航空发动机叶片时，可以在根部增加耐热金属，而在叶片的其他部分使用轻量化的材料，以达到提高性能和降低重量的目的。
激光增材制造还可以制造金属构件的内部结构。
传统的制造方法通常是通过加工和焊接来实现构件的内部空腔和管道，而激光增材制造可以直接将设计好的内部结构制造出来，无需额外的加工工序。
这种能力使得激光增材制造在制造复杂金属构件、模具和轻量化结构等方面具有独特的优势。
激光增材制造还具有提高金属构件性能的潜力。
由于金属粉末在激光束下熔化后迅速凝固，激光增材制造可以制造具有细小晶粒和均匀显微组织的金属构件，从而提高材料的机械性能和耐腐蚀性能。
激光增材制造还可以实现多材料复合制造，将不同种类的金属粉末按照一定比例堆积在一起，形成具有特殊性能的复合材料。
尽管激光增材制造技术在金属构件的制造中具有巨大的潜力，但也面临一些挑战。
其中之一是材料选择的限制。
目前，激光增材制造主要适用于一些常见的金属材料，如钛合金、铝合金和不锈钢等。
对于一些特殊的金属材料，如镍基高温合金和复杂的合金材料，仍然需要进一步的研究和发展。
另一个挑战是制造速度和生产成本的平衡。
虽然激光增材制造可以实现高精度的制造，但由于金属粉末的层层堆积和熔化，制造速度相对较慢。
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。
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在过去的几十年中，激光增材制造技术（Laser Additive Manufacturing，LAM）已成为一种生产利器，特别是对于制造高性能金属构件。
LAM是一种三维打印技术，可以利用计算机辅助设计模型来制造几乎任何形状的零件，无需额外的机器加工或模具制造。
激光增材制造技术采用了高功率激光束通过逐层熔化或烧结金属粉末或线材以制造金属零件。
这种方法与传统制造方法相比，具有更高的灵活性和优化生产流程的能力。
LAM可以大量减少金属加工中的废料和耗时，大大降低了生产成本并提高了生产效率。
它还可以产生具有优化力学性能的金属零件，因为可以根据需要在制造过程中控制材料的不同方面。
LAM除了优点外，也存在一些限制，包括材料特性的限制、表面粗糙度等。
但是，随着技术的发展，这些限制正在逐渐消失。
例如，金属粉末制造技术已逐渐发展成为一种高质量、精确的金属材料生产方法。
此外，LAM也可以应用于多种金属，如钛、铬、铬钼等，这些材料可用于高性能金属构件的制造。
在航空航天、汽车和医疗设备等领域，LAM已经得到了广泛的应用。
例如，利用LAM技术可以制造出高性能涡轮叶片、发动机部件、燃气轮机组件等。
在汽车行业中，LAM可以用于制造轻型、高强度和优化设计的轮轴、发动机喷油器和制动系统部件等。
在医疗设备制造领域，LAM可以生产具有特定医疗功能特性的高性能金属构件，如人工骨骼、人工关节和牙种植等。
LAM可以根据患者的特定体型、骨质和需要设计出不同形状和尺寸的金属构件，达到更好的医疗效果。
总之，LAM是一种高效、灵活、经济且可靠的生产技术。
随着技术的进步，它将越来越多地用于制造高性能金属构件。
它可能会成为未来制造领域的关键技术之一，为生产优质、高性能和个性化定制的金属构件提供更加多元化的选择。
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，LAM）是一种先进的金属制造技术，它利用激光能量将金属粉末逐层熔化和固化，通过逐层堆积形成复杂的金属构件。
激光增材制造具有高精度、高效率和设计自由度等优点，已经被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
在这些领域中，高性能金属构件的制造对材料的性能、结构的复杂度和制造效率提出了更高的要求。
本文将介绍激光增材制造技术在高性能金属构件制造中的应用，并探讨其在提高金属构件性能和加工效率方面的潜力。
一、激光增材制造技术概述激光增材制造技术是一种基于快速凝固原理的金属制造技术，其工作原理是利用激光能量将金属粉末逐层熔化和固化，通过逐层堆积形成复杂的金属构件。
激光增材制造可以不受传统加工工艺的限制，可以直接制备金属构件，特别是具有复杂内部结构的构件。
激光增材制造可以实现金属构件的个性化定制及快速制造，为金属制造行业带来了新的发展机遇。
激光增材制造技术的关键步骤包括：构件设计、工艺参数优化、材料预处理、激光熔化、熔池控制和堆积层间连接等。
在这些步骤中，激光能量的控制和熔池的稳定性是制约激光增材制造质量的关键因素。
为了实现高质量的金属构件制造，需要对工艺参数、材料特性和激光能量等进行深入研究和优化。
1. 钛合金构件制造钛合金是一种优良的结构材料，具有高强度、高硬度、耐腐蚀性和轻质化等优点，被广泛应用于航空航天、汽车和医疗器械等领域。
激光增材制造技术可以实现对复杂形状的钛合金构件的快速制造，提高了构件的设计自由度和制造效率。
激光增材制造可以有效减少材料的浪费和加工工时，降低了制造成本，为钛合金构件的大规模制造提供了新的途径。
2. 高强度钢构件制造1. 材料的选择和优化激光增材制造技术在高性能金属构件制造中需要选择和优化合适的金属粉末材料，以满足构件的材料性能和使用环境要求。
还需要对金属粉末的形状、粒度和成分进行优化，提高金属粉末的熔融性和流动性，以实现高质量的金属构件制造。
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
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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
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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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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。
增材制造技术在金属零件制造中的应用研究
增材制造技术在金属零件制造中的应用研究随着制造业的发展，人们对于制造技术的要求也越来越高。
因此，增材制造技术应运而生，成为制造业的热门话题。
增材制造技术是一种快速成形制造方法，通过一层一层的添加材料，来制造出所需要的零部件。
该技术主要应用于金属零部件制造中，可以制造出具有复杂结构、高精度要求的零部件，且具有高效、节能、低成本和绿色环保等优点。
该技术在制造业中的应用研究越来越深入，并有望成为未来制造业的主流技术。
一、增材制造技术的发展历程增材制造技术最早的发源地是美国，在20世纪80年代初，该技术首次用于制造实体模型，在随后的几十年里，增材制造技术得到了快速发展，逐渐应用于零部件制造和金属材料制造等领域。
随着制造业对于精度、质量及速度的要求越来越高，增材制造技术在金属零部件制造中逐渐得到了广泛应用。
目前，该技术已经被用于航空航天、汽车、医疗和动力等多个领域的零部件制造中。
二、增材制造技术的原理及应用增材制造技术的原理是通过不断叠加材料，来逐层制造出需要的零部件。
它可以根据 CAD 设计文件来控制加工路径，从而制造出具有复杂结构、高精度的零部件。
因此，在制造出复杂型号的零部件时，增材制造技术具有较大优势。
在金属零部件制造中，增材制造技术的应用非常广泛。
主要包括机械加工、造型、铸造等制造过程。
其中，增材制造技术在机械加工中的应用最为突出。
通过增材制造技术，可以制造出具有高复杂性和高精度的零部件，从而提高零部件制造的效率和质量。
三、增材制造技术在制造业中的优势1．高效增材制造技术具有高效的生产能力。
在零部件制造领域中，增材制造技术可以快速制造出高难度的零部件，从而提高生产效率。
2．低成本相比传统的零部件制造方式，增材制造技术的成本较低。
传统的制造方法需要大量的修整和加工，而增材制造技术则可以将加工过程大大缩短，从而降低了制造成本。
3．高精度增材制造技术可以分层逐步制造出具有高精度、高复杂性的零部件。
通过优化加工路径，该技术可以实现高精度的零部件制造，从而提高产品质量。
金属增材制造技术在航空领域的发展与应用
（１，）ｎ（）ｋ、／ｎ（）ｋ、、ｊ七ｊ－（ｃＪ℃Ｃ芝衙 图３国产电子束熔丝沉积成形设备
图４电子束熔丝沉积成形典型零件
粉末或丝材逐层熔化堆积，从而实现
研究计划署和海军研究所联合出资， 南约翰霍普金斯大学、宾州州立大学 和ＭＴｓ公司共同开发一项名为“钛 合金的柔性制造技术”的项目，目标 是利用大功率ｃ０，激光器实现大尺 寸钛合金零件的制造，基于这一项 日的研究成果，１９９７年ＭＴｓ公司ｆ｝｛ 资与约翰霍普金斯大学、宾州州立大
Ｍｅｔａｌｌｉｃ
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ
Ｐｒｏｇｒａｍ），选定电子束熔丝沉积成形
。，…．：ｊ． 『Ｊ：ｌ
技术作为未来大型结构低成本高效 制造的方案。目标是将无人机金属 结构的重量和成本降低３５％一ｌ。
图１电子束熔丝沉积成形原理图
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。Ｐａ 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 下下混入金属零件，非常适合钛、铝 等活性金属的加工。
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。利用面扫描技术，能 够实现大面积预热及缓冷，利用多束 流分束加Ｔ技术，可以实现多束流同 时丁作，在同一台设备上，既可以实 现熔丝沉积成形，也可以实现深熔焊 接。利用电子束的多功能加丁技术， 可以根据零件的结构形式以及使役 性能要求，采取多种加丁技术组合， 实现多种工艺协同优化设计制造．以 实现成本效益的最优化。 美国麻省理Ｔ－学院的Ｖ．Ｒ．Ｄａｖｅ 等人最早提出该技术并试制了
图５激光直接沉积技术原理图
程均处于１０‘１Ｐａ以【：的真李环境中， 能有效避免卒气巾有害杂质的影响；
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
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（LAM）是一种先进的制造技术，可以用于制造高性能金属构件。
通过激光增材制造，可以实现复杂几何形状、高精度和高性能的金属构件制造，其应用范围包括航空航天、汽车、医疗设备、能源等多个领域。
本文将详细介绍激光增材制造技术以及在高性能金属构件制造中的应用。
激光增材制造是一种基于层叠堆积的制造技术，采用激光熔化金属粉末的方法，在金属基底上逐层堆叠形成所需的构件。
该技术具有以下几个特点：- 高精度：激光增材制造可以实现微米级别的精度，可以制造出复杂几何形状的构件；- 高效性：相比传统的金属加工方法，激光增材制造可以大大缩短制造周期，提高生产效率；- 可定制性：激光增材制造可以根据设计要求进行定制化生产，适用于小批量、多样化生产需求；- 节能环保：激光增材制造不需要复杂的模具，减少了材料和能源的浪费，有利于节能环保。
在高性能金属构件制造中，激光增材制造技术具有明显的优势。
高性能金属构件通常需要复杂的几何形状和高精度，激光增材制造可以满足这些要求，能够制造出耐高温、抗腐蚀、高强度等特性的金属构件。
高性能金属构件通常需要定制化设计，激光增材制造可以根据设计要求进行个性化生产，符合高性能金属构件的多样化需求。
激光增材制造可以实现金属材料的有效利用，减少浪费，有利于资源节约和环境保护。
除了上述优势外，激光增材制造还可以实现材料的混合制备，通过控制激光参数和金属粉末成分，可以实现不同金属材料的混合制备，从而获得更多种类的高性能金属构件。
在激光增材制造过程中，可以通过实时监测和控制激光熔化过程中的温度、速度等参数，保证金属构件的质量和稳定性。
在实际应用中，激光增材制造已经在航空航天、汽车、医疗设备、能源等领域得到了广泛应用。
以航空航天领域为例，航空航天领域对金属构件的耐高温、抗腐蚀、轻量化等性能要求较高，激光增材制造可以满足这些要求，制造出符合航空航天需求的高性能金属构件。
在汽车领域，激光增材制造可以制造出轻量化、高强度的金属构件，提高汽车的燃油效率和安全性。
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高性能金属构件的激光增材制造技术，是指利用激光增材制造技术来制造高强度、高耐热、高耐腐蚀性能的金属构件。
高性能金属构件在航空航天领域特别重要，因为它们需要具备良好的抗拉伸强度、疲劳寿命和抗腐蚀性能，以应对极端环境条件下的挑战。
传统的金属制造方法往往存在成本高、生产周期长、无法满足复杂结构设计的缺点。
而激光增材制造技术可以通过优化结构设计和材料组成，实现高性能金属构件的快速制造。
激光增材制造技术的一个关键特点是材料的选择。
在激光增材制造过程中，金属粉末或线材被熔化并快速凝固，形成密实的构件。
高性能金属构件的制造需要具备适合激光增材制造的材料特性。
一些常用的高性能金属材料包括钛合金、镍合金和不锈钢等。
这些材料具有较高的抗拉伸强度和耐高温性能，适合用于制造需要耐高温和高强度的构件。
激光增材制造技术还可以实现复杂结构的制造。
传统的制造方法通常需要使用多个零件并进行组装，而激光增材制造技术可以直接在一次加工过程中构建出复杂的几何形态。
这种能力使得高性能金属构件的制造更加灵活和高效。
在航空发动机的叶片制造中，激光增材制造技术可以制造出具有复杂内部通道的叶片结构，提高了传热性能和整体机械性能。
激光增材制造技术也存在一些挑战。
金属构件的熔化和凝固过程会引起热应力和残余应力。
这些应力可能会导致构件的变形和裂纹，降低构件的力学性能。
需要通过合理的工艺参数和支撑结构设计来解决这个问题。
激光增材制造技术的表面光洁度和粗糙度可能无法满足某些特殊要求。
激光增材制造技术的制造速度相对较慢，无法满足大批量金属构件的快速制造需求。
激光增材制造技术在高性能金属构件的制造中具有巨大的潜力和应用前景。
随着材料科学和激光技术的不断发展，我们相信激光增材制造技术将为高性能金属构件的制造带来更多的突破和创新。
金属零件激光增材制造技术汇报总结
三、介绍国内外激光增材制造技术的最 新研究进展
LCD技术最新研究进展 1.工艺研究主要集中在如何改善组织和提高性能
美国OPTOMEC公司对材料工艺优化研究，使成形件缺陷减 少，致密度增加，性能接近甚至超过同种材料锻造水平；
2.在零件修复领域也得到了广泛应用
法国Alstom公司的航空发动机涡轮叶片和燃气轮机叶片的 激光熔覆修复工艺研究获得成功，实现了定向晶叶片的修复；
二、两种典型激光增材制造技术的成形 原理及其特点
LCD 技术特点： 优点：（1）无需模具，可生产复杂形状零件； （2）同步制造，力学性能达到锻件水平； （3）尺寸不受限制，实现大尺寸零件制造； （4）可对失效和受损零件实现快速修复。 缺点：（1）制造成本高； （2）制造效率低； （3）制造精度较差。
二、两种典型激光增材制造技术的成形 原理及其特点
SLM技术特点： 优点：（1）成形原料一般为金属粉末； （2）成形件精度高，简单处理即满足精度； （3）适用于打印小件； （4）成形零件力学性能良好，优于铸件，不如锻件。 缺点：（1）层厚和光斑直径很小，成形效率低； （2）零件受到铺粉工作箱大小的限制； （3）无法制造梯度功能材料，无法成形定向晶组织， 不适合对失效零件的修复。
一、介绍激光增材制造技术
AM 技术主要特点： （1）直接：从原材料直接成形，形状可以是复杂三维零件， 跨越了传统的铸造、锻造、焊接等工艺，还跨越了粗加工的过 程，直接到精加工； （2）快速：环节少，制造工序少，制造周期加快； （3）绿色：中间的过程少，基础零件不再反复地加热、冷却 ，能耗就低了； （4）柔性：AM 技术使得设计自由度大，可设计出任意结构的 零件； （5）数字化、智能化：为制造业的变革带来了可能，使传统 的流水线、大工厂生产模式有网络化的可能性。
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現阶段，航空、船舶、石化等多个领域飞速发展，高端装备也逐渐朝着高参数、大型化、高可靠性等方面发展，导致钛合金、耐热合金等核心构建的尺寸逐渐增加，结构日益复杂，对制造技术提出更高要求。
在此背景下，激光增材制造（LAM）技术应运而生，成为现代工业制造的核心技术，对我国工业发展产生极大助力。
1 LAM技术特点与类型1.1 技术特点LAM技术以合金粉末为原料，在高功率激光熔化凝固后逐层堆积，从零件模型逐渐成为高性能、全密封的大型金属结构，与以往制造技术相比，该项技术具备以下特点：一是金属材料制备与复杂构件成型制造可融为一体，制造流程较短;二是零件的成分均匀、组织细密、可快速凝固，综合性能较强;三是无需引入大型锻造设备与配套设备，后续加工难度较小、工作量较少、投入成本较低;四是柔性较强，可对构件设计变化快速响应，使结构设计突破制造技术的制约;五是光束能量较大，可使许多难熔构件快速溶解，如Ta、Mo、Ti、W等;六是结合零件工作条件与服役要求，通过灵活改变沉积材料的化学成分，使金属构件直接近净成形。
1.2 主要类型上世纪80年代，LAM原理由美国率先提出，从原型到快速工具，最后变为直接制造，该技术所应用的材料包括两种类型，即金属与非金属，其中前者主要包括粉末与丝材、后者包括薄膜、液态树脂等等。
在制造过程中，可将粘结、烧结等制造原型样件与电子束等熔化堆积，形成高性能的金属构件。
该技术的主要类型如下：（1）快速原型制造技术。
该技术包括3D打印、熔融沉积、激光烧结等等，制造尺寸相对较小，包括纸张、石蜡、树脂等构成的原型样件，而“非致密”原件则由金属粉末构成，此类原件不可直接应用到装备制造之中，而是为新产品设计、评估和宣传提供支持，具有缩短产品研发周期、节约研发成本、降低制造价格等作用。
从上世纪80年代初开始，此项技术逐渐完善，近年来开始逐渐应用到教育、娱乐、文化创意等多个领域之中。
（2）高性能金属构件制造技术。
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在金属构件制造方面具有许多优势。
它能够在高温和高压条件下进行金属粉末的熔化，使得金属构件具有较高的密度和强度。
激光增材制造的制造精度非常高，可以制造出复杂形状的金属构件，满足不同领域的需求。
激光增材制造的制造过程中没有需要大量切削和废料产生，降低了材料和能源的浪费，实现了可持续制造。
激光增材制造可以实现小批量和个性化生产，适应了市场需求多样化的趋势。
激光增材制造在高性能金属构件制造方面仍然面临一些挑战。
高性能金属材料的性能要求较高，如高强度、高耐腐蚀性等，对激光增材制造的工艺参数和材料选择提出了更高的要求。
激光增材制造的金属构件存在着残余应力和缺陷，对于高性能金属构件的使用寿命和可靠性产生了影响。
激光增材制造的成本较高，主要是因为设备和材料的成本较高，限制了其在高性能金属构件制造领域的应用。
为了解决这些问题，研究人员正在进行大量的研究和实践。
一方面，他们通过优化激光增材制造的工艺参数和材料选择，改善金属构件的性能。
通过调整激光功率、扫描速度等工艺参数，可以有效提高构件的密度和强度。
研究人员通过引入新的制造方法和先进的材料，提高金属构件的质量和可靠性。
通过采用多激光束合成和表面改性等方法，可以减少残余应力和缺陷的生成。
研究人员还通过降低设备成本、提高材料利用率等措施，降低激光增材制造的成本。
激光增材制造是一种有潜力的制造技术，适用于高性能金属构件的制造。
通过优化工艺参数和改进材料选择，可以提高金属构件的性能和质量。
未来，随着制造技术的不断发展，激光增材制造将进一步应用于高性能金属构件制造，并为制造业的发展带来新的机遇和挑战。
金属增材制造技术在武器装备的应用和发展
金属增材制造技术在武器装备的应用和发展摘要：金属增材制造技术可以快速制造出形状复杂的金属构件，作为制造高性能武器装备复杂构件的新型方法，分析金属制造技术在武器装备领域的典型案例，在此基础之上，探究金属增材制造技术在武器装备领域的未来发展趋势。
关键词：金属增材；武器装备；发展态势引言通过把金属增材制造技术应用于武器装备上，可以制造出大批量的武器零部件，武器装备产业呈现出智能化的发展趋势，以往的锻造工艺并不能满足现代的武器制造需求。
金属增材制造技术有助于构成一体化的结构部件。
1、金属增材制造技术在武器装备上的运用1.1面向武器装备增材制造的高性能金属材料设计电子束和电弧等金属增材制作是快速加热和冷却的流程，在复杂的热力作用下构成和传统制作工艺不同的显微组织特性。
首先，在热源作用下，合金元素的烧损会导致增材制集合体整体的合金元素从目标成分脱离；在金属增材制造凝结过程中溶质元素的再分配容易引起偏析，增材制造集合体的部分合金元素偏离目标成分，整体和部分合金元素的含量影响构件的应用功能。
其次，在金属增材的制备过程中，熔体流动性和表观氧化直接影响成形性和缺点敏感性。
另外，由于在增材制作时在多个流路中蓄积而产生的"升温-降温-升温"热轮回、在部件中产生的"压缩应力-拉伸应力-压缩应力"的应力，在增材制作部件中容易产生凝结裂纹、再热裂纹、液化裂纹等缺点。
所以，用于增材制作的金属材料成分设计需要分析合金元素熔体的流动和氧化、热轮回等冶金过程的影响。
但是，目前金属增材制作技术中使用的许多金属粉末、丝绸原料往往是与铸造锻件相似的成分，这些增材制作冶金过程和工艺特点对合金元素品种和含量要求很高，金属材料的增材制作过程存在成型性差、功能差等特点，难以满足武器装备零部件的生产需求。
1.2基于增材制造工艺的高性能金属材料设计和制备武器制造要求高标准，金属材质具有高强度、耐腐蚀性能、耐磨性等功能，因此以高性能金属材料作为武器装备有值得关注的热点。
激光成形技术在增材制造领域的应用优化策略
激光成形技术在增材制造领域的应用优化策略随着科技的不断发展，增材制造技术在许多领域得到了广泛的应用和研究。
激光成形技术作为增材制造中的重要一环，在制造业中扮演着重要的角色。
本文将探讨激光成形技术在增材制造领域的应用优化策略，并介绍一些可能用于改进和提高激光成形技术的方法。
首先，为了实现更高效和更精确的激光成形技术，在工艺参数的选择上需要进行调整与优化。
激光成形过程中，激光功率、扫描速度、激光束直径等参数的选择对成形零件的质量和制造效率有重要影响。
通过科学合理地选择和调整这些参数，可以实现零件表面质量的提高、成形速度的提升以及材料利用率的增加。
例如，增加激光功率和扫描速度可以加快激光熔化材料的速度，从而缩短成形时间。
另外，适当调整激光束直径可以控制熔化池的大小，从而实现对成形零件精度的控制。
其次，为了优化激光成形技术的应用，在材料选择上也需要进行研究与改进。
激光成形技术可以处理多种不同类型的材料，包括金属、塑料和复合材料等。
为了实现更好的成形质量和性能，选择合适的材料对激光成形过程至关重要。
一些传统材料如钛合金和镍基合金，已经得到广泛的应用，但随着材料科学的发展和进步，新型材料的应用也将成为研究的热点。
通过研究和选择合适的材料配方，可以调整材料的熔点、熔化行为和热传导性能，从而实现更好的成形效果。
第三，为了进一步优化激光成形技术的应用，设备和工艺的改进也至关重要。
激光成形过程需要高精度的三维打印设备和先进的激光系统。
因此，通过改进激光成形设备的结构和性能，可以提高设备的精度、稳定性和生产效率。
另外，工艺的改进也可以进一步优化激光成形技术的应用。
例如，通过改进激光扫描模式、加热和冷却方式等，可以实现更好的成形效果和零件质量。
此外，为了实现更精确和可控的激光成形技术，在控制系统方面也需要加以重视。
激光成形过程中，控制系统可以实现对激光成形参数的调节和控制。
通过提高控制系统的灵活性、精度和响应速度，可以实现更好的成形效果和质量控制。
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。
金属零件激光增材制造技术及其应用
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.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。
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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 年代以来， 随 着 激 光 技 术、计 算 机 技 术、C A D / CAM 技术以及机械工程技术的发 展，金属零件激光增材制造技术在激 光熔覆技术和快速原型技术基础上 应运而生，迅速成为快速成形领域内 最有发展前途的先进制造技术之一。 本文将主要从激光熔覆和快速原型 技术基础上阐述金属零件激光增材 技术的技术原理及特点，并综述其国
43 1.62 2.32 1.74 2.00 2.25 1.77 2.59 38
41 1.81 2.04 2.14 2.04 1.40 1.59 40
39 1.77 1.79 2.29 1.79 2.12 42
Co
37 1.73 2.43 2.09 1.69 44 Fe
35 1.86 2.07 2.08 46
26 航空制造技术·2012 年第 20 期
专稿
FEATURE
于实现自动化等优点，已 Apparatus ，SLA）、叠 层 实 体 制 造
广泛应用于耐磨涂层和 （Laminated Object Manufacturing，
新 材 料 制 备（见 图 2）[4]。
若同种金属材料多层熔
覆，熔覆层间仍属于良好
激光选区熔化技术与选择性激光烧结技术的不同之 处在于后者粉末材料往往是一种金属材料与另一种低熔点 材料的混合物，成形过程中，仅低熔点材料熔化或部分熔化 把金属材料包覆粘结在一起，其原型表面粗糙、内部疏松多 孔、力学性能差，需要经过高温重熔或渗金属填补空隙等后 处理才能使用；而前者利用高亮度激光直接熔化金属粉末 材料，无需粘结剂，由 3D 模型直接成形出与锻件性能相当 的任意复杂结构零件，其零件仅需表面光整即可使用。
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；C A D 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
（b）分层及扫描路径规划
33 2.12 2.98 48 31 1.87 50
（c）沉积
2012 年第 20 期·航空制造技术 27
专稿 FEATURE
（4）可在零件不同部位形成不同成 Net Shaping，LENS）、金属直接沉积 分和组织的梯度功能材料结构，不需 （Direct Metal Deposition, DMD）技术 反复成形和中间热处理等步骤；（5） 为代表，由激光在沉积区域产生熔池 激光直接制造属于快速凝固过程，金 并高速移动，材料以粉末或丝状直接 属零件完全致密、组织细小，性能超 送入高温熔池，熔化后逐层沉积，被 过铸件；（6）近成形件可直接使用或 称为激光直接沉积增材制造技术（见 者仅需少量的后续机加工便可使用。 图 4）[7]。该技术只能成形出毛坯，然
制造工艺，国内外飞行器越来越多 也使得海、空军战
地采用了大型整体钛合金结构。譬 队革新了技术储
如，美国 F-22 飞机钛合金用量已高 备。此外，金属构
达 41%，其中机身４个整体承力隔 件激光增材制造
框采用整体大型钛合金锻件最大投 技术在航天领域
影面积达到 5.53m2，锻件毛坯重达到 也取得较广泛应
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
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
降 低 了 加 工 难 度，且 成
磨损图 Al
1 3 5 7 9 11 13 15 17
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
47 1.52 1.84 1.42 2.16 1.77 2.38 2.45 1.84 2.71 34
45 1.55 1.57 1.97 2.70 1.36 2.63 1.61 1.84 36
的冶金结合，这为制造和
修复高性能致密金属零
部件提供了可能性。
快速原型技术是一
种基于离散 / 堆积成形
（a）同轴
思 想 的 新 型 制 造 技 术，
是 集 成 计 算 机、数 控、激
光和新材料等最新技术
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
（a）CAD 模型
一定方向离散成一系列
发展现状及应用
公司。该公司的目标就是实现具有 可降低成本 50％，同时缩短 50％的 高性能、大体积钛合金零件的制造， 制造周期。经过十几年发展，国外
1 激光直接沉积增材制造技术
尤其是大型整体加强筋结构钛合金 激光直接沉积增材制造系统典型代
该技术可追溯到 20 世纪 70 年 零件的快速成形。截止到 2005 年， 表包括德国 Trumpf 和美国 POM 公
形出零件，其零件表面仅需光整即可 一项以大功率 CO2 激光熔覆沉积成 铼公司则采用 DLF 技术实现了 SM3 满足要求，被称为激光选区熔化增材 形技术为基础的“钛合金的柔性制 导弹三维导向和姿态控制系统中铼
制造技术。
造”技术，并于 1997 年成立 AeroMet 零件的快速制备，与传统技术相比，
金属零件激光增材制造技术以 高功率或高亮度激光为热源，逐层熔 化金属粉末或丝材，直接制造出任意 复杂形状的零件，其实质就是 CAD 软件驱动下的激光三维熔覆过程，其 典型过程如图 3 所示。该技术具有 如 下 独 特 的 优 点（：1）制 造 速 度 快， 节省材料，降低成本 ;（2）不需采用 模具，使得制造成本降低 15%~30%， 生产周期节省 45%~70%;（3）可以 生产用传统方法难于生产甚至不能 生 产 的 形 状 复 杂 的 功 能 金 属 零 件；
根据材料在沉积时的不同状态， 后依靠数控加工达到其净尺寸。（2） 金属零件激光增材制造技术可以分 金属粉末在沉积前预先铺粉。这类 为 两 大 类：（1）金 属 材 料 在 沉 积 过 技 术 以 金 属 直 接 激 光 烧 结（Direct 程中实时送入熔池。这类技术以激 Metal Laser-Sintering,DMLS）、选区激 光近净成形制造（Laser Engineered 光熔化（Selective Laser Melting,SLM）
代末期的激光多层熔覆研究，但直到 AeroMet 公司先后获得波音、格鲁曼、 司 DMD505、美国 Huffman 公司 HP-
20 世纪 90 年代，国内外众多研究机 洛克 · 马丁公司、美国空军、美国国 205、美国 Optomec 公司 Lens850 等。
构才开始对同轴送粉激光快速成形 防部后勤局等单位经费支持，主要进 国外利用这些商业化的技术及设备
光直接沉积增材制造技术具有以下 提出了技术原理
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
相类似的激光近 净成形制造技 术（LENS）、激 光
几何检查 （逆向工程）
修复区 3D 数模 采集及处理
沉积前清洗及 数控切削加工
利用率高，机加工量小，数控机加工 直 接 制 造 技 术 时间短；生产制造周期短；工序少， （Directed Laser
（d）零件 图3 金属零件激光增材制造的典型过程
LOM）、熔 融 沉 积 成 型（Fused Deposition Modeling，FDM）、选择性 激光烧结（Selective Laser Sintering， S L S）等。 然 而，受 成 形 原 理 与 工 艺 设备的制约，早期快速原型技术存 在着致命的局限性，即只能制造出 少数几种材料的原型，如光敏树脂、 塑 料、纸、特 种 蜡 及 聚 合 物 包 覆 金 属粉末等，这些材料在密度和性能 上与所需求的金属功能零件差距甚 远，一 般 只 能 作 为 原 型 看 样 和 对 设 计、装配进行验证，还不能作为最终 功 能 性 零 件 或 模 具 直 接 使 用，这 大 幅削弱了制造业采用该技术“缩短 新产品开发周期、节省开发费用、降 低产品开发风险”的原始初衷和动 机，大 大 限 制 了 其 在 现 代 装 备 制 造 业中的推广应用。
域，其层厚一般为 20~100μm，利用 技术的研究。约翰霍普金斯大学、宾 完成零件的最终热处理，整个加工
高亮度激光按照预先规划的扫描路 州大学和 MTS 公司通过 3 年的钛合 工序耗时 1 周。而此零件采用传统
径轨迹逐层熔化金属粉末，直接净成 金激光增材制造技术研究，开发出 机械加工的方法则需要 11 周。美国
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
刷（Stereo Lithography
填充金属激光直接沉积成形
工艺简单，具有高度的柔性与快速反 Fabrication，DLF）