高性能金属零件激光增材制造技术研究进展_张安峰.pdf

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1、专稿FEATURE高性能金属零件激光增材制造*技术研究进展张安峰，李涤尘，梁少端，王　潭，严深平，张连重（西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安710054）[摘要]激光增材制造(LaserAdditiveManufacturing，LAM)技术实际上是一种兼顾精确成形和高性能成性一体化需求的先进制造技术。首先介绍了两种典型激光增材制造技术的成形原理及其特点；然后介绍国内外激光增材制造技术的最新研究进展；再重点介绍西安交通大学在激光增材制造技术方面的最新研究进展：（1）超声振动辅助激光熔覆沉积对IN718沉积态组织与性能的影响；（2）感应辅助激光熔覆

2、沉积DD4定向晶修复DZ125L叶片的研究；（3）CuW功能梯度复合材料的激光熔覆沉积工艺研究；（4）送粉气纯度对激光熔覆Fe314修复40Cr组织与性能的影响；最后阐述了激光增材制造技术所面临的挑战。关键词：激光增材制造；激光熔覆沉积；选区激光熔化DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2016.22.016[4]增材制造（AdditiveManufacturing,所LaserConsolidation（LC）；瑞士AM）是依据三维模型数据将材料连洛桑理工学院LaserMetalForming[5]接制作成物体的过程，相对于减法制（LMF

3、）；美国Sandia国家实验[1]造，它通常是逐层累加的过程，是室LaserEngineeredNetShaping[6]通过添加材料直接从三维数学模型(LENS）；美国Los-Alamos国家获得三维物理模型的所有制造技术实验室DirectedLightFabrication[7]的总称，集机械工程、CAD、逆向工程（DLF）；美国Aeromet公司Laser技术、分层制造技术、数控技术、材料Forming（LF）或者LaserAdditive[8]科学、电子束、激光等技术于一身，可Manufacturing（LAM）；美国宾州以自动、直接、快速、精确地将设

4、计思大学LaserFree-FormFabrication想转变为具有一定功能的原型或直（LFFF）；英国伯明翰大学Direct[9]接制造零件，从而为零件原型制作、LaserFabrication（DLF）。名称虽新设计思想的校验等方面提供了一然不同，但基本的技术原理却是完张安峰种高效低成本的实现手段。学术界全相同的，即都是基于同步送粉(送教授，博士生导师，主要从事激光称之为“增材制造”，大众和传媒界丝)的数字化增材制造技术。增材制造（3D打印）技术及其装备，高称之为“3D打印”。AM技术主要具有以下几个突性能金属零件增材制造技术及其再制20世纪80年代末，

5、增材制造技出的特点：（1）直接。从原材料的粉造修复工程等方面的研究。术逐步发展，而且是在全世界多个研材、丝材直接成形出来，形状可以是*基金项目：国家重点专项“高性能究机构相对独立地发展起来，因此被任意复杂的三维零件，直接跨越了传金属结构件激光增材制造控形控性研不同机构赋予了不同名称：英国利统的铸造、锻造、焊接等工艺，还跨越究”(2016YFB1100102)；国家自然科学基金项物浦大学和美国密西根大学Direct了粗加工的过程，直接到精加工，这目(51275392)；陕西省科技统筹创新工程计划[2-3]项目(2015KTTSGY03-06)。MetalDepo

6、sition（DMD）；加拿大是AM技术最主要的特点；（2）快速。国家研究委员会集成制造技术研究物流环节少，制造工序少，制造周期16航空制造技术·2016年第22期专稿FEATURE[11]加快；（3）绿色。跟“直接”密切相关，速修复，并可实现定向组织的修复与等对Ti6Al4V激光熔覆沉积成形中间的过程少了，基础零件不再被制造。主要缺点：（1）制造成本高；（2）工艺进行了优化，并研究了热处理和反复地加热、冷却，所以能耗就低了；制造效率低；（3）制造精度较差，悬热等静压对成形件微观组织和性能（4）柔性。AM技术可以充分发挥设臂结构需要添加相应的支撑结构。的影响，

7、大大降低了组织内应力，消计师的想象力，设计师的自由度大，2SLM技术成形原理和特点除了层间气孔等缺陷，使成形件沿沉可以设计出任意结构的零件；（5）数SLM技术是以快速原型制造技积方向的韧性和高周疲劳性能达到字化、智能化为制造业的变革带来了术为基本原理发展起来的先进激光了锻件水平。德国汉诺威激光研究[12-13]可能，因为AM技术发展使传统的流增材制造技术。通过专用软件对零中心Rottwinkel等利用感应加水线、大工厂生产模式有网络化的可件三维数模进行切片分层，获得各截热对基体提前预热的方法解决了高能性。故把这种新技术说成是具有面的轮廓数据后，利用高能激光束根

8、温合金成形过程熔覆层开裂的问题，直接、