第一，激光材料增長制造技術概述  

顧名思義，激光增材制造技術是一種以激光為熱源，利用激光的高能光束聚焦效應快速熔化金屬粉末的制造方法。由于激光具有能量密度高的特點，可以實現(xiàn)鈦合金、高溫合金等難加工金屬在航空航天領域的制造。同時，激光材料的增加制造技術也具有不受零件結構限制的優(yōu)點，可用于復雜結構、難加工和薄壁零件的制造。  

目前，用于激光材料添加制造技術的材料包括鈦合金、高溫合金、鐵基合金、鋁合金、耐火材料、非晶態(tài)合金、陶瓷和梯度材料。在航空航天領域，多孔復雜結構的制造在高性能復雜構件和生物制造領域有著顯著的優(yōu)勢。與二維印刷相比，三維印刷實際上可以說是層層堆積的二維印刷。金屬3D打印中使用的金屬粉末相當于2D印刷中使用的色粉。  

二.激光材料的分類-增加制造技術  

以激光為熱源的添加材料的制造技術主要分為基于送粉的激光沉積技術和基于鋪粉的激光選擇性熔煉技術，詳細介紹了這兩種工藝。  

1.激光送粉技術(金屬材料同時送入粉末熔池)  

由于各單元名稱不同，激光熔敷技術(主要是送粉)也被稱為直接激光沉積、激光立體成形工藝、金屬直接沉積、激光熔敷等。無論是哪種方法，其原理都是采用快速成型的基本原理，以金屬粉末為原料，以高能激光為能量源，按照預定的加工路線，將金屬粉末逐層熔化，快速凝固，層層沉積，實現(xiàn)金屬零件的直接制造。  

一般來說，激光金屬直接成形系統(tǒng)平臺包括激光、數(shù)控工作臺、送粉噴嘴、高精度可調送粉器等輔助設備，如下圖所示。根據(jù)光束模式，可選擇的激光器可分為半導體連續(xù)激光器、光纖連續(xù)激光器、二氧化碳連續(xù)激光器和YAG：Nd脈沖激光器。根據(jù)噴頭的不同位置，主要分為同軸送粉噴頭組和側向送粉噴嘴。  

送粉激光三維打印主要分為以下四個過程：(1)建模過程。如果你想打印一個形狀的物體，你首先需要在CAD軟件中繪制一個所需零件的三維圖形。(2)軌跡生成過程。對三維模型進行切片，將原三維模型劃分為多個二維圖形，便于逐層疊加打印。(3)激光印刷工藝。將繪制和切片的三維圖形導入到激光加工程序中，在激光處理器上完成三維零件的制作。(4)得到完整的印刷零件。  

送粉式金屬3D打印  

二.基于粉末敷設的激光粉末添加制造技術(金屬粉末在沉積前預先鋪設)  

激光選擇性熔煉技術采用高亮度激光直接熔融金屬粉末材料而不需要粘結劑，任何具有與鍛件相同性能的復雜結構件都可以通過三維模型直接成形，零件只能用于光滑的表面，激光增材技術主要包括激光選擇性沉積(激光選擇性沉積)、粉末床沉積技術等。  

激光選擇性熔煉的基本原理是激光束掃描按預先計劃的路徑熔化預先鋪設的金屬粉末；完成一層掃描后，工作艙下降一層高度，攤鋪機將一層粉末接續(xù)，層層堆積，直到制造出所需的金屬零件，整個加工過程處于真空環(huán)境中，能夠有效地避免空氣中有害雜質的影響。  

采用激光選擇性熔煉工藝可直接制備最終金屬制品，節(jié)省了中間過渡環(huán)節(jié)，制備的零件尺寸精度高，表面粗糙度好(Ra為10~30μm)。它適用于各種復雜形狀的工件，特別是內部具有復雜異型結構且不能用傳統(tǒng)方法制造的復雜工件，適用于單、小批量復雜結構件的無?？焖夙憫圃?。  

三.用于激光材料增強制造的材料  

由于高能激光的聚焦效應，制備高熔點的難熔金屬材料是有條件的。在航空航天應用中，鈦合金、高溫合金、鐵鎳合金、鋁合金等技術的制備已經(jīng)相對成熟。由于激光增材工藝制備的鍛件幾乎超過了鍛件標準，加之成型效率高、周期短等特點，在航空航天生產中有著巨大的應用潛力。  

美國山基公司生產的鈦合金飛機零件  

以下是采用送粉和鋪粉激光加料技術制備的普通金屬及其合金。激光材料加入法制備鈦合金的工藝已經(jīng)比較成熟，具有生產大元器件的能力。美國山基公司生產的鈦合金飛機零件最大成形速度可達18kg/h，力學性能達到AMS4999標準要求。激光成形不僅可用于成型材料的制備，還可用于修復受損零件。  

GB/T1497-1988飛機損壞零部件的激光沉積修復技術  

由于金屬材料激光材料制造技術的不斷提高，金屬粉末是其原料，金屬粉末的質量將直接影響成形件的最終質量。然而，目前還沒有專門用于激光材料添加的金屬粉末。目前，用于激光材料加成制造工藝的金屬粉末主要用于等離子噴涂、真空等離子噴涂和高速氧燃料火焰噴涂等熱噴涂工藝，基本上是采用霧化工藝制造的。這種金屬粉末在生產過程中可能會形成一些空心顆粒。當這些空心顆粒的金屬粉末被用于制造激光材料時，會導致零件出現(xiàn)孔洞、裂紋等缺陷。因此，用于激光材料制造的金屬粉末將成為未來的研究熱點。  

更新日期：2020-03-23

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