激光增材制造及其工业应用
激光技术在工业应用中的前景研究与探索
激光技术在工业应用中的前景研究与探索嘿，咱今天来聊聊激光技术在工业应用中的那些事儿。
不知道您有没有这样的经历，有次我去一家汽车制造厂参观，那场面，可真是让我大开眼界。
一台台巨大的机器有序运转，工人们在各自岗位上忙碌着。
就在这时，一道亮眼的光芒吸引了我的注意，原来是一台正在工作的激光切割设备。
那精准的切割，平滑的边缘，让我瞬间对激光技术产生了浓厚的兴趣。
要说激光技术在工业里的应用，那前景真是一片光明。
先从材料加工这块儿说起，激光切割那可是一绝。
传统的切割方式，要么精度不够，要么效率低下，还容易造成材料的浪费。
但激光切割就不一样了，它就像一位超级精准的“裁缝”，能按照设定好的形状和尺寸，把各种材料裁剪得恰到好处。
不管是金属薄板，还是厚实的钢板，甚至是那些高硬度、高熔点的特殊材料，在激光面前都得“乖乖听话”。
激光焊接也是一项了不起的应用。
以前的焊接技术，焊缝不美观不说，还可能存在气泡、裂缝等缺陷。
但激光焊接就像是给金属来了一场“无缝对接”的魔法，焊缝不仅牢固，而且美观度极高。
这在汽车制造、航空航天等对精度和质量要求极高的领域，可发挥了大作用。
再说说激光打标，这就像是给产品印上了独一无二的“身份证”。
无论是生产日期、序列号，还是复杂的图案和二维码，激光都能迅速而清晰地标记在产品表面。
而且这种标记永不褪色、难以篡改，大大提高了产品的可追溯性和防伪能力。
还有激光增材制造，也就是3D 打印。
想象一下，只要有设计图纸，就能通过激光一层一层地堆积材料，直接制造出复杂的零部件。
这不仅节省了开模的成本和时间，还能实现个性化定制，满足各种特殊需求。
在电子行业，激光技术也大展身手。
比如激光钻孔，能在微小的电路板上钻出极其精细的孔，为电子元件的安装提供了保障。
随着技术的不断进步，激光技术的应用前景还在不断拓展。
未来，也许我们能看到更多更神奇的激光应用。
比如说，在医疗领域，利用激光进行微创手术，让治疗更加精准、创伤更小；在通信领域，激光可能会成为高速数据传输的新载体。
增材制造技术在工业制造中的应用
增材制造技术在工业制造中的应用随着科技的进步和市场需求的不断变化，传统的制造方式逐渐变得无法满足现代化的工业生产需要。
近年来，增材制造技术逐渐成为了工业制造中的一项重要技术，为工业制造带来了许多新的可能性。
那么，增材制造技术具体是什么？它又是如何应用于工业制造中的呢？本文将和大家一起来深入了解增材制造技术在工业制造中的应用。
一、增材制造技术是什么？增材制造技术又称为三维打印技术，其基本原理是将数字化的模型通过计算机控制系统，逐层将物料精细添加到一起，以此逐步构建出三维实体。
传统的制造方式通常需要经过多次的切削、拼接、加工等过程才能完成最终的产品，而增材制造技术可以大大减少这些环节，同时可以根据实际需求进行个性化定制，提高生产效率和产品质量。
二、增材制造技术在工业制造中的应用1.航空航天领域在航空航天领域，精密的零部件和组件是至关重要的。
传统的制造方式往往需要经过多次加工和拼接，制造成本和时间成本都非常高。
而采用增材制造技术，则可以将立体打印机精准地掌握在手中，精细地将零部件逐层打印出来，从而大大提高了生产效率，同时还可以根据实际的需求对零部件进行个性化定制。
2.医疗领域在医疗领域，增材制造技术同样具有重要的应用价值。
通过3D打印技术可以制造人体组织、器官等人体模型，为医生提供了重要的数据信息和模拟操作平台。
同时，3D打印技术还可以制造医疗用品、假肢等等医疗器械，提高了治疗效果和生活品质。
3.汽车制造在汽车制造领域，增材制造技术同样大放异彩。
汽车行业中需要用到许多复杂的零部件，采用传统的加工方式成本费时费力，而采用3D打印技术则可以极大的节省生产成本，并且减少废料产生。
4.家电制造在家电制造领域，增材制造技术也发挥了越来越大的作用。
通过3D打印技术，可以将易损零部件进行一键打印，为用户节省保修时间、提高家电使用效率。
此外，3D打印技术在家具、装饰品等领域也得到了广泛的应用，从而打造出更具创意的设计和更高品质的产品。
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。
激光敷材料增材制造技术的研究与优化
激光敷材料增材制造技术的研究与优化激光增材制造技术是一种快速制造方法，可以在三维空间内通过分层堆叠加工材料，形成需要的产品，广泛应用于汽车、航空、医疗、电子等行业。
激光增材制造技术的研究和优化对提高产品质量和生产效率具有重要意义。
本文将着重探讨激光敷材料增材制造技术的研究和优化。
一、激光增材制造技术的原理和应用激光增材制造技术采用激光束将粉末或某些液态物质聚焦在一定位置，形成固态产品。
这种技术可以以高达数百度的温度进行处理，同时保持物料的精度和强度。
激光增材制造技术可以使用多种材料，包括金属、陶瓷、樹脂、生物材料等，可以制造定制化产品以及非常复杂的几何形状产品。
随着技术不断发展，激光增材制造技术的应用领域也越来越广泛，例如制造植入性骨矫形器、复杂结构的翼型部件、涡轮喷气发动机、空间卫星等。
二、激光敷材料增材制造技术的应用与优化敷材料增材制造（LPM）是激光增材制造的一种变体，其采用了敷材料技术，将粉末材料直接喷射到构件表面，并利用激光束将它们熔化、混合，从而形成所需形状的部件。
该技术具有较高的材料利用率和节能，常用于金属制件的制造。
在激光敷材料增材制造技术中，研究和优化是至关重要的环节。
1、材料性能的优化材料是激光敷材料增材制造技术的核心，材料的优劣将直接影响构件的质量。
因此在研究过程中，不仅需要选择金属金属粉末、粉末的形态、径向分布，还需要优化粉末在流动与堆积过程中会造成的影响。
通过实验设计和数值模拟研究，可以寻找到材料的最优工艺参数，从而使制造的件更加稳定、质量更加可靠，满足更多的应用需求。
2、过程参数的优化激光敷材料增材制造技术是一项高精度加工技术，需要高精度的控制系统来确保产品的质量。
因此，在研究过程中，需要对系统的过程参数进行进一步的优化，主要包括激光功率、扫描速度、焦距等参数。
过程参数的优化可以使其所加工的件的精度更高，具有更好的表面质量和更高的可靠性。
3、结构优化设计结构优化设计是激光敷材料增材制造技术的重要环节。
国家重点研发计划增材制造与激光制造 指南
国家重点研发计划增材制造与激光制造指南引言：增材制造与激光制造技术是当今工业制造领域中的关键技术之一。
为了推动我国制造业的转型升级和技术创新，我国政府制定了国家重点研发计划增材制造与激光制造指南。
本指南旨在指导相关企业和研究机构在增材制造与激光制造领域的技术研发和应用推广，提升我国在这一领域的国际竞争力。
一、指南的背景和意义1.增材制造与激光制造技术是现代工业制造中具有广泛应用前景的核心技术之一。
2.国家重点研发计划是我国支持创新科技发展、推动产业升级的重要计划。
3.制定本指南的目的是推动我国增材制造与激光制造技术的进一步发展，提升我国制造业的核心竞争力。
二、增材制造技术发展现状1.对增材制造技术的定义和原理进行清晰解释。
2.分析国内外增材制造技术的研究进展，指出我国在这一领域的优势和不足。
3.分析增材制造技术在国内外产业中的应用情况，并提出未来的发展趋势。
三、激光制造技术发展现状1.对激光制造技术的定义和原理进行清晰解释。
2.分析国内外激光制造技术的研究进展，指出我国在这一领域的优势和不足。
3.分析激光制造技术在国内外产业中的应用情况，并提出未来的发展趋势。
四、技术研发重点和方向1.确定增材制造与激光制造技术研发的重点方向，包括材料、设备、工艺等方面。
2.提出针对关键技术的研发路径和解决方案。
3.强调跨学科、跨行业的合作和创新，加强基础研究和应用研究的结合。
五、应用推广和产业化1.提出促进增材制造和激光制造技术应用的政策措施和法规支持。
2.加强技术标准和质量控制，提高产品的可靠性和稳定性。
3.推动相关产业链的协同发展，打造增材制造和激光制造的产业集群。
六、人才培养和创新团队建设1.强调培养高素质的增材制造和激光制造专业人才，提供相关教育和培训机会。
2.支持相关企业和研究机构的创新团队建设，鼓励人才流动和技术交流。
七、资金支持和项目管理1.加大对增材制造和激光制造技术研发的资金支持。
2.设立专门的项目管理机构，加强对项目的监督和评估。
激光增材制造技术的研究现状及发展趋势
激光增材制造技术的研究现状及发展趋势一、本文概述激光增材制造技术，也称为激光3D打印或激光粉末床熔化（LPBF），是一种先进的增材制造技术，它利用高能激光束熔化粉末材料，逐层堆积形成三维实体。
由于其在材料利用率、制造精度和复杂结构制造能力等方面的独特优势，激光增材制造技术正受到全球科研界和工业界的广泛关注。
本文旨在深入探讨激光增材制造技术的当前研究现状，包括其基本原理、主要应用领域、关键技术和挑战等，并展望其未来的发展趋势。
通过对国内外相关文献的综述和案例分析，本文期望为激光增材制造技术的发展提供有价值的参考和启示。
二、激光增材制造技术研究现状激光增材制造（LAM，Laser Additive Manufacturing）技术，作为增材制造（AM，Additive Manufacturing）领域的一种重要技术手段，近年来在全球范围内受到了广泛的关注和研究。
该技术利用高能激光束作为热源，将粉末或丝状材料逐层熔化并堆积，从而构建出具有特定形状和性能的三维实体。
材料体系日益丰富：随着材料科学的进步，可用于激光增材制造的材料已经从最初的金属粉末扩展到了陶瓷、高分子材料以及复合材料等多元化体系。
这为激光增材制造技术在不同行业的应用提供了更多的可能性。
设备工艺持续优化：激光增材制造设备的精度和稳定性直接关系到最终产品的质量和性能。
目前，研究者们正致力于优化激光束的控制系统、粉末输送装置以及环境控制系统等关键部件，以提高设备的整体性能。
过程监控与质量控制：随着制造过程复杂性的增加，对制造过程中的监控和质量控制提出了更高的要求。
目前，研究者们正尝试将人工智能、机器学习等先进技术引入激光增材制造过程中，以实现对制造过程的实时监控和智能调控。
应用领域不断拓展：激光增材制造技术以其独特的优势，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域得到了广泛的应用。
随着技术的不断进步，其应用领域还将进一步扩大。
绿色环保与可持续发展：随着全球对环境保护意识的提高，激光增材制造技术作为一种近净成形技术，具有减少材料浪费、降低能源消耗等绿色环保特点。
新型激光加工技术研究与应用展望
新型激光加工技术研究与应用展望激光加工是一种利用激光束对材料进行加工的技术。
激光加工技术已经广泛应用于不同领域，例如汽车工业，微电子学，医学和航空航天等。
新型激光加工技术研究和应用的发展趋势是探究如何提高精度和效率，减少加工变形和损伤等问题。
本文将分析新型激光加工技术的研究和发展，以及它们在不同领域的应用展望。
一、激光成形技术激光成形技术可以通过激光束在材料表面熔化和烧蚀，使它进一步固化和成型。
这种技术可以有效地减少加工和后处理时间，同时提高精度和制造质量。
激光成形技术已经广泛应用于航空航天、能源和制造业等领域。
实验研究表明，激光成形技术可以制造出复杂的3D形状，如零件、模具、螺栓等。
二、激光微纳加工技术激光微纳加工技术是通过控制激光束的位置和强度，进行微米或纳米尺度的加工。
激光微纳加工技术可以实现高精度、高速和无损的加工效果，并且可以应用于制造微型元件、表面处理和纳米结构制造等领域。
例如，激光微纳加工技术已经应用于微电子学中的CMOS器件制造、纳米光电和MEMS制造等领域。
虽然激光微纳加工技术中存在一些难点问题，例如加工精度和加工速度等，但是未来将进一步提高技术的可靠性和应用性。
三、激光表面改性技术激光表面改性技术是将激光束聚焦在材料表面，通过在表面形成不同的熔化、汽化和重熔化区，从而改变材料的表面性质。
这种技术可以有效地提高材料的耐蚀性、防护性、引燃性和磨损性能。
激光表面改性技术已经广泛应用于航空航天、电子、机械制造和医疗器械等领域。
例如，激光表面改性可以使机械零件具有更好的磨损和腐蚀性能，从而延长零件的使用寿命。
未来，激光表面改性技术将进一步优化材料表面结构和性能，以满足不同领域的需要。
四、激光增材制造技术激光增材制造技术是一种通过控制激光束来进行立体加工的制造技术。
这种技术可以通过不断添加材料层，形成复杂的三维物体。
激光增材制造技术已经应用于航空航天、医疗器械、能源和制造业等领域。
例如，激光增材制造技术可以制造出各种复杂的结构件，如发动机叶片、立体模型和骨骼支撑器等。
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。
增材制造在工业中有哪些应用
增材制造在工业中有哪些应用增材制造，这个对于很多人来说可能稍显陌生的名词，其实正逐渐在工业领域掀起一场变革。
简单来说，增材制造就是我们常说的 3D 打印技术。
它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
在航空航天领域，增材制造发挥着至关重要的作用。
由于航空航天零部件通常具有复杂的结构和极高的性能要求，传统制造方法往往难以满足。
而 3D 打印技术能够轻松制造出形状复杂、轻量化且高强度的零部件。
例如，飞机发动机的涡轮叶片，其内部结构十分复杂，传统工艺制造难度大且成本高。
通过增材制造，可以精确地控制材料的分布和结构，实现叶片的高性能和轻量化，从而提高发动机的效率和可靠性。
此外，飞机的机身结构件、卫星的零部件等也都可以通过 3D 打印来制造，不仅能够缩短生产周期，还能降低成本。
汽车制造业也是增材制造的重要应用领域之一。
汽车的零部件众多，而且对于个性化和定制化的需求也越来越高。
3D 打印技术可以快速制造出复杂的汽车零部件，如发动机缸体、进排气歧管等。
这些零部件通过优化设计，可以减轻重量、提高性能，同时降低油耗和排放。
而且，对于一些限量版或高性能的汽车，3D 打印能够满足其独特的设计需求，实现个性化定制，为消费者提供独一无二的汽车产品。
在医疗领域，增材制造为患者带来了新的希望。
通过对患者的身体进行扫描，获取精确的三维数据，然后利用 3D 打印技术可以制造出个性化的医疗器械和植入物。
比如，人工关节、牙齿矫正器、颅骨修复假体等。
这些定制化的产品能够更好地与患者的身体相匹配，提高治疗效果和患者的生活质量。
此外，在医疗研究中，3D 打印还可以用于制造细胞培养支架、药物研发模型等，为医学研究提供了新的工具和方法。
模具制造行业同样受益于增材制造技术。
传统的模具制造需要经过复杂的加工工艺，周期长、成本高。
而 3D 打印可以直接制造出复杂的模具型腔，大大缩短了模具的制造周期。
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
增材制造技术的研究及应用现状
增材制造技术的研究及应用现状随着科技的不断发展，各种新兴技术也应运而生。
其中，增材制造技术是近年来备受关注的一种颠覆性技术。
所谓增材制造技术，顾名思义就是利用3D打印机等设备，将材料逐层堆积成所需的形状，最终构造出具有立体效果的制品。
增材制造技术的发展历程增材制造技术源于20世纪80年代，当时日本工程师采用了聚合物和金属粉末等材料进行熔融沉积，进而制造出了诸如激光镭射成形等打印机。
后来，该技术扩展到了其他地区，形成了一些与原技术相似但不同的发展路径。
随着科研人员的不断努力，增材制造技术不断得到改进。
1993年，建立了第一家3D打印机公司——3D Systems。
2004年，3D 打印机元件价格下降，市场价格也下降，这使得增材制造技术逐渐走向消费者市场。
发展至今，增材制造技术已经逐渐成熟，且得到了广泛应用。
尤其是在制造、航空航天和医疗等领域，增材制造技术已经被广泛采用。
增材制造技术的应用现状增材制造技术可以制造出多种产品，最常见的是各种零部件和原型，例如汽车、飞机、太空飞船甚至人体器官等。
此外，利用增材制造技术还可以制造轻量化、高强度、高性能的金属零件，以及独特的建筑构件。
在工业制造领域，增材制造技术主要应用于复杂零件的制造。
由于传统制造方法在生产复杂工件时会遇到制造难度大、周期长、成本高等问题，而增材制造技术可以解决这些问题。
例如，增材制造技术可以将零件拆分成多个小部件，以便更好地完成整合，这是传统制造方法所不能达到的。
在航空航天领域，利用增材制造技术可以生产出复杂的零件和构件，例如将许多小零件拼接在一起，制造出大型模型。
另外，增材制造技术可以生产轻量化的结构件，这可以提高飞机等航空器的速度和性能。
在医疗领域，增材制造技术可以用于透析器、人工关节以及人造心脏等医疗器械的制造。
利用增材制造技术制造出的人造器官可以与受试者的匹配度更高，从而提高治疗效果。
此外，增材制造技术还可以制造出高精度、高复杂性的牙科治疗器械和口腔种植手术用具。
激光增材制造技术在航空制造领域的研究与应用进展
（1）固化的参数 在成形过程中固定不变，如 层厚，影响其波动的要素主要是设备控制和相关传 感器的精度，因此增材制造设备应定期校准且满足 要求。
（2）关键参数 直接影响成形组织和性能且具 备波动性的参数，SLM的关键参数有激光功率、 扫描速度和扫描间距。目前，很多单位对这些参数 的优化开展了大量的研究，这些参数的变化主要是 通过影响能量输入而影响组织、缺陷，从而影响性 能。图5a显示的是当输入的激光能量密度低时，组 织内部会形成未熔合缺陷，缺陷尺寸可达100μm； 而当激光功率过高时，导致能量密度大，则在组织 内部促使了深孔的形成。
热加工
9 2021年 第3期
激光加工专题
Laser Forming Topic
因此，开展SLM原材料粉末的重复使用研究来降 低成本十分必要。未来若实现增材制造金属材料在 航空领域的批量应用，粉末的重复利用一定不可忽 视。图3、图4为粉末经过不同的重复使用次数后， 粉末的粒径分布和形貌。从中可以看出，随着粉末 重复利用次数的增加，粉末的粒径增加，粉末中 “卫星粉”数量和小尺寸粉末占比明显降低，在重
基金项目：国家重点研发计划资助（2018YFB1106304）。 通信作者：孙小峰，高级工程师，从事激光加工、增材制造等航空零部件制造先进技术研究。
增材制造技术在航天工业中的应用
增材制造技术在航天工业中的应用随着现代科技的不断进步，各个行业都在加速创新，尤其是航天工业，更是在不断探索新技术，以提高飞船的设计和制造效率。
近年来，增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）的出现，极大地改变了航天工业的制造方式，并被广泛应用。
增材制造技术是一种采用逐层逐点堆积材料的方法来制造物体的技术。
该技术通过软件的三维建模设计，将数字模型传输到直接制造设备中，设备通过逐层添加材料，不断堆积形成完成品。
这种制造方式可以将物体的复杂度提高到从前无法达到的程度，同时可以节省许多时间和成本。
在航天工业中，这种制造方式的应用有很多方面。
一、配件制造在过去，配件制造需要很多复杂的机具和高级设备，并且需要大量时间来完成。
现在，凭借着增材制造技术，生产部门可以仅依靠数据生成器和增材制造设备即可制造出更多的构件。
增材制造技术的零件制作速度巨大，可以大量减少零件制作过程的时间和成本。
通过三维数字图像的数字化控制，人们可以在短时间内对一种物体立体建模、改变和升级，轻松制作样品，同时加快新技术新材料的市场运用。
二、制造模型在航空航天工业中，制造模型和车模很重要，因为它们是新设备的重要部分，帮助工程师和设计师进行验证和测试。
新设备的制造过程可能花费数千美元和数月的时间，但使用增材制造技术只需要几天或几周的时间，成本也会大大降低，同时能够有效提高工程师和设计师的工作效率。
三、更好的材料性能增材制造技术的一个显著优点是它的灵活性。
使用该技术，人们可以在材料的性能上进行更多的精细化处理，以完成特定的加工途径。
例如，制造出的零件可以使用金属材料，这些材料的力学性能和成型性能更加优越，同时还具有超强的抗性能、耐腐蚀性等等，这样可以满足使用需求的严苛要求。
四、提高飞船载荷当今的火箭和飞船需要进行载荷检查，以确保它们能够承受极端的环境条件。
增材制造技术可以为所有载荷测试零件制作出特殊类型的降噪器和检测器，这些零件可以更好地中和噪音和震动，并确保所有装载载荷的设备能够承受额外的应力。
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。
激光增材制造在航空航天领域中的应用
激光增材制造在航空航天领域中的应用作者：贾玉梅来源：《新材料产业》2019年第07期近几年来，增材制造在全球范围内迅速走热，发展增材制造产业已经成为世界主要国家抢抓新一轮科技革命与产业变革机遇，抢占先进制造业发展制高点的竞争焦点之一。
增材制造在航空航天领域的应用层面持续扩大，应用深度持续增加，美国Wohlers协会对增材制造在各行业应用情况持续分析中发现：在过去几年里，航空零件制造是增长最快的应用领域，预计2019年产能规模将达到60亿美元。
该行业的应用具有小批量多样化的特点，对于轻量化、一体化、拓扑优化、提高材料利用率等具有很高的要求，而增材制造恰好能够最大程度地实现这些特殊需求，具有极高的附加值。
当下增材制造技术在运—20、C—919等国产大飞机、歼—15、歼—31等新型战斗机一系列机载设备重要核心零部件的应用备受关注。
1 增材制造技术概述增材制造（A d d i t i v e Manufacturing，AM）技术，以数字模型文件为基础，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形、机械制造、智能控制等多学科的综合性技术，通过软件和数控系统将专用材料逐层堆积制造出实体物品的技术。
增材制造按照材料不同分为金属增材制造与非金属增材制造；按照热源不同可分为激光增材制造、超声波增材制造、电子束增材制造、等离子增材制造、电弧增材制造等；按照成形方式不同分为：选取熔化金属增材制造按照进料方式不同可分为送粉/丝增材制造和铺粉增材制造2种。
目前增材制造没有完全统一的划分规定。
激光增材制造是目前航空航天领域产业化应用的主要技术。
高性能大型关键金属构件增材制造（3D打印）技术，以激光高能束为热源，合金粉末或丝材为原料，通过高功率高能束原位冶金熔化/快速凝固逐层堆积，直接从零件数字模型一步完成全致密、高性能大型复杂金属结构件的直接近净成形制造，如图1所示。
这一技术被誉为是一种“革命性”的低成本、短周期、高性能、绿色、数字化、材料/制造/结构一体化智能制造技术，代表着重大装备大型关键构件“高性能材料技术”和“先进制造技术”的发展方向。
增材制造技术的发展和应用前景
增材制造技术的发展和应用前景随着科技的飞速发展，人类对于制造业的要求也越来越高。
为了满足人们对于个性化、高精度、高效率制造的需求，许多新型的制造技术应运而生，其中，增材制造技术是目前备受关注的焦点之一。
本文将就增材制造技术的发展以及应用前景进行探讨。
一、增材制造技术的发展历程增材制造技术也被称为三维打印技术，在这里，我们可以借用“能源物质转变过程”来描述增材制造技术。
将设计好的三维模型输入电脑，电脑通过光束、高能粒子束或喷嘴等方式将材料一层层地加工堆积，最终形成一个完整的立体模型。
这一增材制造的方法面对的应用不仅是纯粹的艺术模型，还包括医疗、军事、制造等多种领域。
早在20世纪70年代，增材制造技术就已经产生。
但直到近几年，由于3D打印机价格的下降和技术的飞速发展，增材制造技术才在业界开始崭露头角。
随着技术的不断发展，增材制造技术现已可以制造出金属、陶瓷、玻璃、高分子等复杂构造的立体模型。
其中最具代表性的是SLM（选择性激光熔化）技术，该技术可以用来制造高强度的工业零件，例如汽车零部件、航空部件等。
二、增材制造技术的应用前景随着增材制造技术的不断发展，它的应用领域也越来越广泛。
以下是其中的几个重点领域。
1.医疗领域增材制造技术在医疗领域的应用前景非常广阔。
例如，可以利用增材制造技术来制造仿真的人体组织和器官。
这将使医生们更好地为患者制定手术方案，并且可以在手术前进行模拟实验，从而降低手术的风险。
同时，增材制造技术还可以用来制造假肢、义眼等医疗器械，可以大大提高患者的生活品质。
2.航空领域随着航空工业的迅速发展，高精度零部件的需求也越来越大。
如果能够应用增材制造技术，就可以大大缩短零件的制造周期和降低生产成本，提高制造产能。
在航空领域中，增材制造技术已经被用来制造金属零件。
例如，如英国航空公司和博世公司都在使用增材制造技术制造航空发动机部件。
3.建筑领域增材制造技术可以被用来制造建筑中的复杂部件，从而提高建筑效率和质量，减少建造成本。
钛合金激光增材制造技术研究及应用
钛合金激光增材制造技术研究及应用随着科技的不断发展，制造业也在不断进步。
钛合金作为高强度、耐腐蚀的优良材料，被越来越广泛地应用于航空、汽车、医疗器械等领域。
而钛合金激光增材制造技术，则是一种近年来备受关注的制造方式。
本文将从多个方面探讨钛合金激光增材制造技术的研究进展以及应用情况。
一、钛合金激光增材制造技术简介钛合金激光增材制造技术，又称为快速成形技术，是一种直接利用计算机辅助设计软件(CAD)将数字模型转换为物理模型的制造方式。
其原理是将激光束聚焦到粉末床上，将床上的钛合金粉末加热熔化并以分层方式进行成型。
由于其制造精度高、制造速度快、无需模具等优势，已经成为制造业中非常重要的环节之一。
二、钛合金激光增材制造技术的研究进展1. 成形机床技术的升级钛合金是一种难以加工的材料，其加工难度主要来自其化学成分的特殊性质。
近年来，随着成形机床技术的不断升级，钛合金激光增材制造技术的制造精度和制造速度都得到了大幅提升。
尤其是基于混合光源的透射成形机，不仅可以提高制造速度，还可以在保持成形质量的同时节省制造成本。
2. 材料性能的改进钛合金激光增材制造技术的材料性能也在不断得到改进。
例如，利用注铸增材制造技术可以大大改善材料的成分分布，实现网状结构的制造，进一步提高钛合金材料的抗压强度和韧性。
3. 快速成形工艺的创新钛合金激光增材制造技术的快速成形工艺也在不断创新。
例如，利用双光束聚焦技术可以缩短制造周期，提高生产效率。
同时，针对不同材料的特点，还有不同的制造工艺被创新，使得钛合金激光增材制造技术得以更好地服务于各个行业。
三、钛合金激光增材制造技术的应用1. 航空航天钛合金作为航空航天工业中重要的材料，其需求量一直在持续增长。
采用钛合金激光增材制造技术，既可保证零部件的强度和质量，又可以降低制造成本，是非常有前途的技术。
2. 医疗器械随着人们健康意识的提高，医疗器械的需求也在不断增加。
而采用钛合金材料制造的医疗器械具有防腐蚀、生物相容性好、机械性能高等优点。
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（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。
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
侧 向 送 粉
预 置 法
技术原理 激光熔覆技术
快速原型技术
离 散
CAD
分
快速原型技术
层
模
及 扫
快速原型技术是一 种基于离散/堆积成形 思想的新型
型
描
制造技术， 是集成计算机、数控、激 光和新材料等最
路
新技术 而发展起来的先进产品 研究与开发技术。其基
径
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
航空发动机单叶轮零部件 航空发动机多层复合整体叶轮
技术应用
激光增材制造高性能钛合金 在生物医学领域的研究进展
由于钛合金具有优秀的抗腐蚀性、生物相容性、
低密度和高的比强度等特点而被广泛应用于生物 医 学方面，特别是骨植入和牙修复领域，但其制 作大多 是采用锻造或铸造方法，加工工艺复杂、 制造周期 长。然而，为了避免杨氏模量上的差异 使得载荷不 能由植入体很好的传到相邻的骨组织， 造成应力屏 蔽现象，致使植入体周围出现骨应力 吸收，导致植入 体的松动和断裂，就必须通过制
规 划
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 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
沉
技 术的主要特点有：高柔 性，可以制造任意复杂 形
粉
利用激光束将合金粉末与基体表面迅速 加热并熔 化，快速凝固后形成稀释率低、
呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善 基 体表面的耐磨、耐蚀等性能的表面改
性技术，其材料供应方式为预置法和同 步送粉法。该技术具有热影响区小、可 获得具有良好性能的支晶微 观结构、熔
覆件变形比较小、过程易于实现自动化 等优点，已 广泛应用于耐磨涂层和 新材 料制备。若同种金属材料多层熔 覆，熔 覆层间仍属于良好 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。
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
造
原型技术基础上应运而生。
技术简介
• 激光增材制造或称 3D 打印技术，是基于微积分的 思想，采用激光分层扫描、叠加成形的方式逐层增加材 料将数字模型转换成三维实体零件。相对于传统的材 料去除技术，是一种“自下而上”材料累加的制造 方法。它的形成过程为高功率激光束在基体上聚焦形成熔池，金属粉末同时被同轴送粉器送入熔池 中。 金属粉末在熔池中与基体熔液融合，并随着激光束 的移动，在液体表面张力的作用下熔池开始向着激光 束 移动方向运动，前面的熔液固化形成沉积层，激光束移 动的轨迹便是沉积层的形成轨迹。
技术简介
关桥院士提出了“广义” 和“狭义”增材制造的 概念（如图所示）， “狭义”的增材制造是 指不同的能量源与 CAD/CAM技术结合、分 层累加材料的技术体系； 而“广义”增材制造则 以材料累加为基本特征， 以直接制造零件为目标 的大范畴技术群。
激光熔覆技术
技术原理
快Hale Waihona Puke 原型技术 同轴送激光熔覆技术
造
铸造是指将固态金属熔化为液态倒入特定形状的 铸型，待其凝固
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
激光增材制造及其工业应用
17121593 马栋
技术背景
03
技术简介
04-05
技术原理
06-07
技术优缺点 08
技术应用
09
技术背景：
传
传统金属零件增材或 受迫成形制造方法为锻造和铸造。传统
统
锻造是一种利用 锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变
锻
形以获 得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方 法。
积
零 件 完
状的三维实体；CAD 模型直接驱动，设计制 造高度一
成
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
技术优缺点
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； （4）可在零件不同部位形成不同成分和组织的梯度功能材料结构，不需反复成形和中间热处理等步骤； （5） 激光直接制造属于快速凝固过程，金属零件完全致密、组织细小，性能超过铸件； （6）近成形件可直接使用或 者仅需少量的后续机加工便可使用。
腹鳍接头等四种飞机钛合金次承力 结构件在三种飞机上的
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
用飞机制造 商密切合作，开展飞机机身钛合金复杂结构件
激光 增材制造技术研究，于2001年起开始小批量为波音 公司生产钛合金飞机零件。北京航空航天大学是国内最早 利用激光增材 制造技术研究并制备出钛合金工业用件的研
究机构。 王华明教授及其科研团队于2005年7月成功实现 激光快速成形 钛合金飞机角盒、 钛合金 飞机座椅支座及
备多孔材料或采用合金化来降低钛合金的杨氏模 量，其工艺复杂性自 然就会上升，这就体现了激 光增材制造的工艺优势。
激光增材制造人体脊柱
激光增材制造技术成形的钛合金膝盖骨