北京鋁合金零（líng）件加（jiā）工廠金屬激光增材製造技術發-北京香蕉视频入口污精密機械科技有限公司

編者按：隨著金屬零件使用性能和結構複雜（zá）程度的提高，采用（yòng）鑄造、鍛造等（děng）傳統工藝實施製（zhì）造的難度、成本和周期迅（xùn）速增加（jiā）。而兼具技術******性和資源經濟性的激光增（zēng）材製（zhì）造（LAM）技術為高性能、複雜結構製造提供了新型解決方案。LAM技術屬於以激光為（wéi）能量源的增材製造技術，能夠徹（chè）底改變傳統金屬零件的加工模式，是支撐航空、航天、醫療等領（lǐng）域智能製造的關鍵基礎技術。

近期，中國工程院向巧院士科（kē）研團隊在中國工程院院刊《中（zhōng）國工程科學》撰文，係（xì）統梳理了國（guó）內外金屬LAM技（jì）術研究和應用的現狀與趨勢，分析了我國技術發展麵臨的差距，針對性提出我國LAM技術發展策略，以期為******科技與產（chǎn）業發（fā）展戰略、2035年領（lǐng）域發展（zhǎn）目標的製定提供支持。文章指（zhǐ）出，金屬LAM技（jì）術的關注點仍為組織性能調控，但形狀控（kòng）製研究（jiū）相對缺乏；為滿足高質量製造的亟需，相（xiàng）關設備的（de）過程監控功能獲得高度重視；為提升（shēng）高價值零件的製造能力與效率，增減材複合加工設備成為（wéi）新增研發熱點；金屬激光增材製造產（chǎn）業的良性發展，需要實施包（bāo）括材（cái）料、工藝、設備、驗證、標準、人員培訓在內的全產業鏈整合。文（wén）章建議（yì），在夯實研究基礎的同（tóng）時，充分發揮材料基因組技術的作用，加（jiā）強核心器件自主研發和裝備集成的技術研究，穩步推進金屬LAM技術的工程化（huà）普及應用。

一、前言

激光增材製造（LAM）屬於以（yǐ）激光為能量源的增材製造技術，能夠徹底（dǐ）改（gǎi）變傳統金屬零件的（de）加工模式，主要分（fèn）為以粉床鋪（pù）粉為技術（shù）特征的激光選區熔化（SLM）、以同步（bù）送粉為技術（shù）特征的激光直接沉（chén）積（LDMD）。目（mù）前LAM技術在航空、航天和醫療領域的應用發展***為（wéi）迅速。鑒於相（xiàng）關領域主要涉及金（jīn）屬結構製造，本文重點開展金屬LAM技術的（de）發展研究。

隨著金屬零件使用性能和結構複雜程度的提高，采（cǎi）用鑄造、鍛造等傳統工藝實施製造的難度、成本和周期迅速增加，而（ér）兼具技術******性和資源經濟性的LAM技術為高性能、複雜結構製造提供了新型解決方案：實現拓撲優化結構、點陣結（jié）構、梯度材料結構、複雜內部流道結構等不再（zài）困難，結構功能一體化、輕量化、******韌、耐極端載荷、******散熱（rè）等（děng）新型結構（gòu）得以應（yīng）用，相（xiàng）應（yīng）結構效能大幅提高。例（lì）如，美國通用電（diàn）氣公（gōng）司（GE）SLM航空發動機燃油噴嘴、北（běi）京航空航天大學LDMD飛機鈦合金框是典（diǎn）型應用案例。

從當前國內外金（jīn）屬LAM技術的發展情況來看，真正走向產業化的技術方向還屬少數，這是因為基礎理論積澱、關（guān）鍵技術突（tū）破、工程化應用技術成熟度、技術研發商業化推廣等方麵在不同程度上（shàng）製（zhì）約了LAM技（jì）術產業化應（yīng）用。目前國內外研究主（zhǔ）要集中在（zài）控性研究，側重孔隙率、裂紋、組織特（tè）征、各向異性等基礎研究。有關控形、檢測、產品標準等偏向產品研發的研究報道較少，這（zhè）也表明金（jīn）屬LAM整體上（shàng）處於從技術研究向產業應用過渡（dù）的發展階段。

本文通過文獻、現場（chǎng）和問卷調研，對金屬 LAM 領域研究與應用的發展現狀和趨勢進行係統梳理，分析國內與國外、理論研究（jiū）與（yǔ）應用需求的差距，提出產業（yè）化（huà）應用涉及的核心關鍵技術和（hé）瓶（píng）頸工藝，以期推動我國金屬 LAM 技術產業應用的發展。

二、金屬激光增材製（zhì）造（zào）需求分（fèn）析

LAM基於數模切片，通過逐層（céng）堆積來實現金屬零件的近淨（jìng）成形製造（zào），尤其適合複雜形（xíng）狀零（líng）件、梯度材質與性能構件、複（fù）合材料零件和難加工材料零件（jiàn）的製造，在航空航天等******製造方向備受（shòu）青睞。一方麵，相關零件外（wài）形複雜多變（biàn）、材料性能要求（qiú）高、難以加工且成本較高；另一方麵，新型飛行器朝著高性能、長壽命、高可靠性、低（dī）成本的方向發展，采用複雜、大型化的整體結構成（chéng）為設計亟需。

SLM成形的零件精度較高（gāo），但零件尺寸受加工室限製，故SLM主要用於小尺寸（cùn）或（huò）中等尺寸的複雜精密結構******成形，相應產品結構的功能屬性一般大（dà）於承載屬性。為了滿足總體性能需求，航空發動機的燃油噴嘴（具有複雜的內部油路、氣路（lù）和型腔（qiāng））、軸承（chéng）座、控製殼體、葉片，飛機艙（cāng）門支座、鉸鏈，輔助動力艙格柵結構進（jìn）氣門、排氣門，衛星支架等零件，需進行結構創新設計，成為SLM技術的適宜應用（yòng）對象。

LDMD成形的（de）零件力學性能好，但尺寸精度相對不高，主要（yào）用於中等尺寸（cùn）或（huò）大尺寸複雜承力結構的製造，相應產品結構的承載屬性一般大於功能屬性。航空發動機（jī）各類機匣、壓（yā）氣機/渦輪整體葉盤等結構，形狀較為複雜，為了提高效能甚至需采用異種或功能梯度材料結構。為了兼顧質量減輕和承載效能提（tí）升（shēng），飛機接頭、起（qǐ）落架、承力框、滑輪（lún）架，高速（sù）飛行器機翼/空氣舵的格柵結（jié）構承載骨架等承力（lì）構件，需進行結構拓撲優化設計。這類結構突出（chū）的（de）複雜性和製造（zào）難（nán）度，對LDMD技（jì）術提出了明確需求。

此外，飛機、發動（dòng）機的某些帶有局部凸台、耳片等特殊（shū）結構的承力構件，采用鍛（duàn）造（zào）工藝將難以保證局部構型和性能；大型飛機的超大規（guī）格鈦合（hé）金承力框已（yǐ）經超出現有鍛造（zào）設（shè）備的加工能力上限。這對鍛（duàn）造+增材（cái）製造/增材連接的複合製造技術提出了明確需（xū）求（qiú）。

三、國外金屬激（jī）光增材製造（zào）發展現（xiàn）狀（zhuàng）

相關企業（yè）采用真空感應氣霧化（VIGA）、無坩堝電極感應熔化（huà）氣體霧化（EIGA）、等離子旋轉霧化（PREP）、等離子火炬（PA）等方法製備（bèi）SLM用粉末，具有（yǒu）批量供貨能力，占據了全球主要市場。

LAM工藝研究的關注點主要是組織性（xìng）能調控，完成了較多有關SLM組織、缺陷、性能及其與工藝參數的關係研究。例如，對於不鏽鋼零件SLM，增加激光功率、降低掃（sǎo）描速度均有利於提（tí）高致密度；高（gāo）的表麵粗糙度和孔隙率都會降低AlSi10Mg鋁合金（jīn）SLM的耐（nài）腐蝕（shí）性（xìng）能，而形成的氧化膜可（kě）提（tí）高耐腐蝕（shí）性能；AW7075鋁合（hé）金SLM試樣內部產生垂直於增材方向的裂紋（wén），而預熱鋁粉對裂（liè）紋（wén）控製無改善作用，內部裂紋導致疲勞壽命遠低於傳統工藝。

能量（liàng）密度對Ti-6Al-4V鈦合金的SLM組（zǔ）織和缺陷存在明顯的影響：低能量密度造成片層狀的α+β相組織，容易（yì）引發氣孔和熔合不良現象；高能量密度造成針狀馬氏體α′組織，促進鋁元素偏聚和α2-Ti3Al相形（xíng）成；沉積態Ti-6Al-4V合金疲勞強度比鍛件降（jiàng）低約（yuē）80%；熱等靜壓可（kě）降低孔隙率並改善性能。對於CMSX486單晶合金SLM，低（dī）能量密度減少裂紋，高能量密度降低孔隙率。CM247LC合金SLM縱截麵主要由柱狀γ晶粒組成，Hf、Ta、W、Ti偏聚（jù）增加了沉澱（diàn）物和殘餘應力，造成（chéng）零件內部開裂。IN738LC高溫合金SLM的微裂紋與Zr在晶界處（chù）富集偏析有關。適量添加Re可以細化（huà）IN718合金（jīn）的樹枝狀（zhuàng）晶，但過（guò）量（liàng）的（de）Re對疲（pí）勞強度不利。SLM的Hastelloy-X合（hé）金經熱處理形成等軸晶（jīng），屈服強度降低；經熱（rè）等靜壓後抗拉強（qiáng）度恢複沉積態水平，延伸率可提高15%。

對於（yú）金屬 LAM 工（gōng）藝，國（guó）外開展了較多精細的研究。據了解，德國設（shè）備商針對（duì）一種新材料進行 SLM工藝開發，需耗時 6~8個月，調整（zhěng）參數達70餘個。通過拓撲優化來實（shí）現結構（gòu）輕量化設計（jì）也是SLM 應用研究的重（chóng）點，國外對應（yīng）提出了設計引導製造、功能性優先（xiān）等新理念。還（hái）發展了特殊支撐設（shè）計技（jì）術，使得（dé）製件與基板分（fèn）離無需（xū）線切割，有效縮短（duǎn）了取件周期。

此外，金屬LAM標準研究和製定工作（zuò）一直與技術應用同步發展（zhǎn）。2002年，美國發布（bù）了《退（tuì）火Ti-6Al-4V鈦合金激光沉（chén）積產品》，隨後陸續頒布了19項相關標準（zhǔn），涵蓋產（chǎn）品退火和熱等靜壓製度、時效製度（dù），製造過程消除應力退火製度等（děng）諸多方麵（miàn）。標準（zhǔn）的（de）及時形成對（duì）LAM技術的產業應用發揮了基礎支撐作（zuò）用。

1995年（nián），美國約翰斯·霍普金斯大學、賓夕法尼亞州（zhōu）立大學（xué）、MTS係統（tǒng）公司共同（tóng）開發了基（jī）於大功率CO2激光器的大尺寸鈦合金零件LDMD技術，沉（chén）積速率為1~2 kg/h，促成LDMD零件在飛機上的應用。

LDMD技術研究主要包括成形工藝和組織性能。美國（guó）桑地（dì）亞******實驗室和洛斯·阿拉莫斯******實驗室製備的LDMD成形零件（jiàn），其力學性能接近甚至超過傳統鍛（duàn）造零件。瑞士（shì）洛桑聯邦理工學院研究了單晶葉片LDMD修複過程的穩定性、零件精度、組（zǔ）織、力學（xué）性能與工藝參數的關係，形成的修複（fù）技術已獲得工程（chéng）應用。

國外學者針對Ti-6Al-4V合金的LDMD技術進行了深入（rù）研究，揭示（shì）了工藝參數和增材製造組織、力學性能之間的聯係，闡明了工藝調整和熱等靜壓對組（zǔ）織、性能的（de）調整作（zuò）用。LDMD技術為材料顯微組織控（kòng）製提供了較大的自由度：通過調節鎳基高溫合金LDMD形核與生長條件得到了符合預期的單晶與多晶組織；美國******航空航天局（NASA）發展的混合沉積多種金屬於同一結（jié）構的LDMD技術，可使零件性能隨部位不同而變化。德國企業將LAM技術與傳統切削（xuē）加工方法（fǎ）進行（háng）整合（hé），可加工出（chū）傳統工藝難（nán）以製造的複（fù）雜形狀零件，且產（chǎn）品（pǐn）精度（dù）提高、表麵粗糙度改善。

LAM技術推廣應用的基礎是經濟高效的LAM設備。SLM設備研製集中在德國、法國、英國、日本、比利時等******，LDMD設備研製（zhì）******主要（yào）有美國和德國等。

德國（guó）是SLM技（jì）術及設備（bèi）研究起步***早的******，EOS公司推出的（de）SLM設備具有一定的技術優勢，相（xiàng）關設備應用於GE公司LEAP航空發（fā）動機燃油噴（pēn）嘴（zuǐ）的加工製造，通過監控增材製造過程來進一步（bù）提高製造產品的質量；Realizer GmbH公司的（de）全（quán）方位設（shè）計、零件堆疊技術方案別具特色；Concept Laser公司的設備以構建尺寸大見長；SLM Solutions公司的激光技術和氣流管（guǎn）理技術處（chù）於領先位置。美國3D Systems公司依靠其專用粉末沉積係統的技（jì）術優勢（shì），可以（yǐ）成（chéng）形精密的細節特征。英國 Renishaw PLC公司在材料使用靈活（huó）性、更換（huàn）便捷（jié）性方麵具有技術特色。

美國EFESTO公司在大尺寸金屬LAM方麵具有技術優勢，所研製的LDMD設備工作室尺（chǐ）寸可達 1500 mm×1500 mm×2100 mm。美國（guó）Optomec公司推出的LDMD設備具有（yǒu）900 mm×1500 mm×900 mm的工作室空間，配置了（le）5軸移（yí）動工作台，***大（dà）成形速（sù）度為1.5 kg/h。德國企業提供的激光綜合加工（gōng）係統也是主流（liú）的（de）LDMD設備。

近年來，增減材複合加工設備成為市場新（xīn）熱點。日（rì）本（běn）DMG公司推（tuī）出了配有2 kW激光器、輔以5軸聯動數（shù）控銑床的（de）LDMD設備，成形速度（dù）較普通粉床提高20倍，可在（zài）製造過程中銑削***終零件的不可達（dá）部位。日本Mazak公司推出的相關設備能夠進行5軸車銑複合加工（gōng），使用對象包括多棱體鍛件或鑄件、回轉體零件和複雜異形零件。

鈦合金LAM在航空領域取得重要（yào）應用。美國率先將LDMD鈦合金承力零件（jiàn）用於艦載（zǎi）殲擊機（jī）；Carpenter技術公司（sī）采用高強度的定製不鏽鋼進行增材製造，生產******的航空（kōng）齒輪；F-22飛機維修采（cǎi）用了（le）SLM耐（nài）蝕支架，使（shǐ）得維（wéi）修時間顯著縮短。英國成功將LDMD技術應用於無（wú）人機的整體框架製造。

SLM技術（shù）在航空發動機的複雜零件製造方麵獲得廣（guǎng）泛應用。美國GE公（gōng）司率先將（jiāng）SLM技術應用於高壓壓氣機的溫度（dù）傳感器外殼生產（chǎn），產品獲得美國聯邦航空管理局（FAA）批準，配裝了（le）超過400台GE90-40B航空發動（dòng）機。GE公司LEAP係列航空（kōng）發動機的燃油噴嘴同樣采（cǎi）用SLM技術進行生產（2020年具備44 000 個/年的生產能力（lì））。美國普惠公（gōng）司采用SLM技術生產管道鏡（jìng）套筒（tǒng），配裝了PW1100G-JM航空發動（dòng）機。英國（guó）羅羅公司采用SLM製造（zào）了遄達XWB-97航空發動機的鈦合金（jīn）前軸承組件（包含48個翼（yì）型導葉）。

2012年起，LAM技術獲得了航天（tiān）飛（fēi）行器製造方麵的應用。NASA采用LAM技術製造RS-25火箭發動機的彎曲接頭，在零件、焊縫、機械加工工序的數量方麵相比傳統方法下降了約60%；若氫氧火箭發（fā）動機采用整體化設計和製造方法，零件總數將下降80%。法國泰雷茲集團采用SLM技術製（zhì）造了Koreasat5A、Koreasat7通信（xìn）衛星的測控天線支撐零件（鋁合金），降低質量約22%，節省經費約30%。

LAM技術的推廣（guǎng）應用，加速（sù）了航空航天飛行器的（de）結構拓撲優（yōu）化和點陣結構設計。歐洲Astrium公（gōng）司Eurostar E3000衛星平台的遙測（cè）/遙控天線鋁合金安裝支（zhī）架，采用LAM進行整體製造後降低質量約35%、提高結構剛（gāng）度約40%。美國（guó）Cobra Aero公（gōng）司與英國Renishaw PLC公司合作，完（wán）成了具有複雜點陣結構（gòu）的發動（dòng）機整體部件LAM製（zhì）造。此外，增減材複合加工技術（shù）開始（shǐ）走向應（yīng）用。維珍軌道公司（Virgin Orbit）使用增減材混合機床進行火箭發動（dòng）機燃燒室零件製造與精加工，2019年完成了24次發動機（jī）測試運行。

回顧國際上（shàng）金（jīn）屬LAM技術的發展過程（chéng），以（yǐ）產業發展牽引技術研究和設（shè）備開發，通過產業鏈整合提高市場競爭力（lì）是重要（yào）的經（jīng）驗。應用企業關注自身（shēn）產品的製造質量和生（shēng）產成本，作為（wéi）技術發展的（de）主體和***大受益者，由其來整（zhěng）合材料、工藝、設備、驗證、標準研究和人員培（péi）訓（xùn），可（kě）以更加高效地推動LAM產業（yè）的發展。例如，美國（guó）GE公司LAM產業應（yīng）用居於************地位，主要歸因於產業（yè）鏈整合策略，收購了製造質量控製（zhì）公司和增材製造設備（bèi）公司（sī）以加強LAM產業鏈條的完整性；產品製造利用了（le）遍布全（quán）球的300多台工業（yè）級製造設備（bèi）。國外企業注重（chóng）LAM產品製造方麵的人員培訓，如GE公司（sī）設有增材製（zhì）造培訓中心，配置專門設備，每年可培訓數百名工程師。

四、國內金屬激光（guāng）增材製造發展現狀與（yǔ）差距分析

公司是一家集精（jīng）密機（jī）械零部件加工，北京不鏽鋼零件加工,北京鈦合金加工各類工裝夾具、治（zhì）具、非標設備設計製造以及衝壓（yā）模具（jù）、注塑（sù）模具、橡膠模具（jù）加工的專業廠家（jiā），是中（zhōng）國模具協會會員企業（yè）。

國內圍繞LDMD組織、缺陷（xiàn）、應力變形控製等完成了較多的研究工作。北（běi）京航（háng）空航天大學發展了鈦合金大型結構件LDMD內部缺陷和質量控製等關鍵技術。西北工業大學完成了飛（fēi）機超大尺寸鈦合金緣（yuán）條的LDMD製造，成形精度（dù）和變形控製達到較高水平。沈陽航空航天大學（xué）提出分區掃（sǎo）描成形方法，有（yǒu）效控製了LDMD過程零（líng）件變（biàn）形和開裂。有研工程技術研究院有（yǒu）限公司突破了葉盤和進氣道的TC11、TA15/Ti2AlNb異種材料界（jiè）麵質量控製及複雜外形一體化控製（zhì）難題，產品通過試驗考核。

國內針對SLM技術方向重點開展了形（xíng）狀（zhuàng）尺寸（cùn）、表麵粗糙度******控製等研究。西安鉑力特激光成形技術有限公司采用SLM方法加工的流道類零件***小孔徑（jìng）約（yuē）為0.3 mm，薄壁零件的***小壁厚約為0.2 mm；零件整體尺寸精度達到±0.2 mm，粗糙度Ra不大於3.2 μm。南京航空航天大（dà）學以SLM精密製造為主線，通過全流程控製來提升（shēng）零件綜合性能。西安交通大學將LAM應用於空心渦輪葉片、航天推進器、汽車零件等的製造。

中（zhōng）國航發北京航空材料研究院完成（chéng）了LAM技術綜合研究：LDMD製造的鎳基雙合金（jīn）渦輪整（zhěng）體葉盤通過超轉試驗考核（hé），增材（cái）修複的伊爾-76飛機起落架獲得批量應用；研製了LAM超聲（shēng）掃（sǎo）查與評價係統，建立了檢測（cè）標準與對比試塊，評價和無損檢測技術（shù）成果應用於飛機滑（huá）輪架、框架等裝機（jī）零件的批量檢測。

在SLM粉末方麵，國內產品基本滿足成形工藝（yì）要求。中國科學院金（jīn）屬研（yán）究（jiū）所突破了SLM用超細鈦合（hé）金和高溫合金粉末的潔淨化製備技術，性能達到進口產品水平。西安歐中材料科技有限公司研製的鈦合金和高（gāo）溫合金粉末產（chǎn）品獲得工程應用。

國（guó）內的LDMD和SLM設（shè）備（bèi）研發能力（lì）相對較強，獲得一定份額（é）的市場應用。西安鉑力特激（jī）光成形技術有限公司自主開發了SLM係列裝備（bèi）、激光高性能修複係列裝備。南京中科煜宸激光（guāng）技術有限公司（sī）研製了自（zì）動變焦同軸送粉噴頭、長程送粉器、高效惰（duò）性氣體循環淨化箱體等核心器件，形成了金屬LDMD係列化裝備。此外，北（běi）京易加三維科技有限公（gōng）司、北（běi）京星航機電裝備有限公司在工業級和小型金屬SLM設（shè）備小批量生產，上海航天（tiān）設備製造總廠有限公司在標準型和大幅麵SLM設備和機器人型LDMD設備研製等方麵均取得了良好進展（zhǎn）。

LDMD主要應用於承（chéng）力（lì）結構製造。北京航（háng）空航天大學製造的主承力框、主起（qǐ）落架等部件獲得了（le）航空航天飛行器、燃氣渦輪發（fā）動機等裝備（bèi）應用。航空工業沈陽飛（fēi）機設（shè）計（jì）研究所通過工程（chéng）化應用驗證（zhèng）來促進LDMD技術成熟（shú）度提升，實現了8種金屬材料、10類結構件的飛行器應用。航空（kōng）工業******飛機設計研究（jiū）院（yuàn）實現了大型飛機外主襟翼滑輪架、尾翼方向舵支臂LDMD零件的裝機應用。北京機電工程研究所實現了大尺寸薄壁骨架艙段結構的LDMD製（zhì）造及應（yīng）用。

SLM主要應用（yòng）於複雜（zá）形（xíng）狀零件（jiàn）製造。在航空領域，中國航空製造技術研究院實現了SLM產（chǎn）品裝機應用；航空工業成都飛機設計研究所在飛機上使用了（le）SLM輔助動力艙格柵結構進/排氣門；航空工業直升（shēng）機設計研究所在（zài）通風格（gé）柵結構、淋雨密封結構、進氣（qì）道多腔體結（jié）構等方麵實現（xiàn）了SLM零件裝機應用。在航（háng）天領域，上（shàng）海航天設（shè）備製造總廠（chǎng）有限公司的（de）貯箱（xiāng）間斷支架、空間散（sàn）熱器、導引裝置等SLM產品獲得裝機應用；北京（jīng）星航機電（diàn）裝備有限（xiàn）公（gōng）司的艙段類結構件、操縱麵等SLM產品通過地麵試驗及飛（fēi）行試驗驗證；北京機電工程研究所實現了小型複雜零件的SLM製造，操縱麵、支架等產品的技術成（chéng）熟度達到5級；鑫精（jīng）合激光（guāng）科技發展（zhǎn）（北（běi）京）有限公司應用SLM製造了大尺寸薄壁（bì）鈦合（hé）金點陣夾層結構件（集熱窗框），滿足（zú）了深空探測（cè）飛行器的嚴格（gé）技術要（yào）求。

此（cǐ）外，西安鉑力特激光成（chéng）形技術有限公司利用SLM技（jì）術，每年可為航空航天領域提供8000餘件（jiàn）零件；華中（zhōng）科技大學通過增減材複合加工方式製造了具有隨形冷卻水道的（de）梯（tī）度材料（liào）模具，獲得了較多的行業應用。

國內LAM專用材料（liào）的（de）設計理論和方法體係尚顯薄弱，專（zhuān）用材料設（shè）計工作少（shǎo）而分散。材（cái）料基因組技術縮短研發周期並降低研發成本（běn），在（zài）國外相關材料設計方麵取（qǔ）得了（le）成功應用。國內在材料基因組技術的（de）研究（jiū）以及用於提高LAM專用材料性能等方麵的基礎較為薄弱。

在粉（fěn）末製備方麵，國內真空（kōng）氬氣霧（wù）化製粉技（jì）術相對成熟，製備的不鏽鋼、鎳基合金（jīn）類粉末性能基本（běn）滿足成形工藝要（yào）求。但在鈦合金、鋁合金超細粉末製備方麵存在不小差距，主要問題是（shì）粉末（mò）球形度差（chà）、細粉收得率低，不能滿足 SLM 成形要求，使得實（shí）際應用仍依賴進口。

我國與美國、德國等LAM技（jì）術強國的差距主要在於工藝裝備。國內應用的SLM設備較多依賴德國進口，而大尺寸工程應用的SLM設備（bèi）主要依靠進口。國內企業在激光器、振鏡等核心（xīn）部件方麵缺乏自研能力，國（guó）產設備的加工尺寸、穩定性、加工精度亟待提升，有關粉末流態、熔池（chí）狀態等過程監控與成形的國產（chǎn）控製軟件不夠完善。

隨（suí）著渦輪發動（dòng）機、飛機（jī）等重要裝備用材的使用（yòng）性（xìng）能不斷提高，材料工藝性出現了下降（jiàng）。國內對航空主幹材料的LAM工藝研究不足，未能形成（chéng）應力變形、開裂控製等有效方法，製件內（nèi）部組（zǔ）織缺陷的問（wèn）題尚未得到根治，製件力學性能均勻一致性、批次（cì）穩定性欠佳。而******航空發動（dòng）機、高（gāo）速飛行（háng）器所需的超高溫結構（gòu）材料的LAM工藝研究（jiū）更為欠缺。

4.產品（pǐn）尺寸精度和表麵（miàn）粗糙（cāo）度（dù）不滿足技術（shù）要求

LDMD飛機結構件一般留有（yǒu）加工餘量，尺寸精度和表麵（miàn）粗糙度不一（yī）定是關鍵製約因素。然而渦輪發動機零件多為帶內部流道、空腔的（de）複雜結構零件，相應SLM成形尺寸精度約為0.1 mm、表麵粗（cū）糙度Ra約為6.3，尚與精（jīng）密鑄件存在差距（jù）。相關產品還麵臨著成形、內表麵加工等技術研（yán）究不足的問題。

現階段我國LAM行（háng）業麵臨的（de）共性問題（tí）是缺少（shǎo）質量控製標準，使得在金屬LAM產品的設計、材料（liào）、工（gōng）藝、檢測、組織性能、尺寸精（jīng）度等方麵缺乏驗收依據。作為零件應用基礎的無損檢測、力學性能、冶金圖譜等（děng）基本數據，由於缺乏整理而致使產品標準製定困難、產業（yè）化（huà）應用推廣（guǎng）保障不足。

五、我國金屬激光增材製造關鍵技術分析

開展具有自主知識產權核心器（qì）件研製，重點在於提高處理器、存儲器、工業控製器、高（gāo）精度傳感器、數字/模擬（nǐ）轉換器等基礎器件質量性能（néng），開展（zhǎn）工藝裝備核心器件（jiàn）、關鍵部件的設計與製造；研發（fā）高光束質（zhì）量激光器及光束（shù）整形係統，大（dà）功率激光掃描振鏡、動態聚焦鏡等精密光學器件（jiàn），高精度噴嘴加工頭等核心部件。

突破數據設計、數據處理、工藝庫、工藝（yì）分析及工藝智能規劃（huá）、在線檢測與監測係統、成形過程自適應智能控製等方麵的軟件技術，構建具有自（zì）主知識產權的LAM核心支撐軟件體係。

發展遠離平衡條件（jiàn）的專用（yòng）材料高通量技術（shù）模（mó）型，開發適用於高通量計算的多尺度模擬（nǐ）算法。研究成分和（hé）組織結構微區可控的粉體材料製（zhì）備技術，通過高通量（liàng）實驗來建立（lì）材料（liào）基因數據庫（kù）。通過高通量計算、實驗、數據庫的協同，快速研發（fā）具有優異性能的LAM專用材料。

針對若幹關鍵材料及典（diǎn）型零件，開展LAM控性、控形共性關鍵（jiàn）技術、零（líng）件工程化應用的研究。掌握（wò）零件生產製造過程中影響（xiǎng）***終質量的因素和解決措施，形成工程可用的LAM技術體係，涉及原材料控製、工藝設備、成形工藝、熱（rè）處理、機械加工、表麵處理、無損檢測和驗證試驗等。重視LAM零件的均勻一致性和批次穩定性，契合（hé）工程實際應用需求。

六、結語

為了（le）在金屬LAM技術及（jí）其工程應用方麵迎頭趕上，我（wǒ）國LAM的發展（zhǎn）應遵循技術–產品–產業的客觀規律，夯實組織性能控製技術基礎，補齊核心設備在硬件/軟件研（yán）發與（yǔ）集成方麵的短板，強化產品質量控製、標準和驗證，穩步推進產業（yè）化應用。

（1）夯實激光（guāng）增材製造研究（jiū）基（jī）礎，發揮高等院校和科研院所的（de）技術探索與攻關能力。由工業部門或應用單位牽頭開展產（chǎn）品LAM工藝開（kāi）發和（hé）性能驗證，本著先易後難原則，由常規金屬逐步向金屬間化合物、铌（ní）–矽超高（gāo）溫合金（jīn）等******材料方向拓展。

（2）有序推進工程化應用研究。先期在航空（kōng）、航天領域選取代表性產品開（kāi）展LAM質量控製（zhì）、標準和驗（yàn）證工作，盡快實現（xiàn）產品量產（chǎn）和工程應用；隨後逐步向結構複雜、工（gōng）況苛刻、加工性（xìng）差的高價值產品拓展，在核工業、兵器、汽車、電力裝備等******製造領域推廣（guǎng）應用。

（3）紮（zhā）實（shí）開展LAM產品質（zhì）量控製標準研究與（yǔ）製定。積累有關LAM的缺陷（xiàn）無損檢測、力學性能、冶金圖譜、疲勞壽命等基本數據，確（què）定材（cái）料、工藝、無損檢（jiǎn）測、組織與力學性能、尺（chǐ）寸精度、表麵粗糙度等方麵驗收依據，製定我國LAM產品技（jì）術標準。

（4）結合工業（yè）實際需求，在高（gāo）等院（yuàn）校、職業技術學院增設LAM相關專業，為企業培養專業技術和技能人才。在優勢（shì）技術企業內（nèi）設立LAM培訓中心，對（duì）我國（guó）諸多行業的設計（jì）人員、工藝（yì）人員和設備操作人員進（jìn）行專項培訓，從而為LAM產業發展提供智力支持（chí）。

北京鋁合金零件加工廠金屬（shǔ）激（jī）光（guāng）增（zēng）材製造技術發

聯係方式（shì）

二維碼