增材制造技术研究现状

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1 激光增材制造技术

激光增材制造技术（LAM）是一种使精确成型和高性能需求结合为一体的一项技术，也可以进一步分为激光立体成形技术((LSF)与选区激光熔化技术(SLM)[3]。LSF技术能够实现锻件与构件力学性能相差不大的高性能复杂构件的制造，适合新型合金的设计，还可以用于高效率地修复那些损伤的构件。而SLM技术能够实现铸件比构件力学性能差的高复杂构件的制造，只不过一般因为其成形的尺寸不大，所以只可以进行一种材料的直接成形。87861

对于高性能金属材料增材制造的发展历史，可以追溯到上世纪70年代后期。1979年，美国联合技术公司的Snow等研究了关于高温合金涡轮盘的相关困难，采用LSF技术成功的研制出了径向对称的镍基高温合金零件[5]。但是由于当时的计算机发展水平不发达，LAM技术只能成形一些回转构件或者板型构件。而从上世纪90年代开始，伴随着计算机技术的飞速发展和快速成形技术的逐步成形，激光增材制造技术慢慢的变成了国际先进制造领域的研究热点，取得了极大的进步和卓越的成绩。

现如今，LSF技术应用的材料已经包括了铝合金、钛合金、铁基合金、非晶合金等等。而其中对于钛合金的应用是最成熟的，其他的都在进一步的发展过程中。另外，LSF技术也有其不可避免的缺点，虽然它的效率很高，但是也因此所制造出的产品一般来说表面都比较的粗糙，只有通过进一步的加工才能达到自己想要的构件。除此之外，在该技术过程中通常没有支撑的结构，而且激光束斑的尺寸比较大，导致构件在成形后与铸件有一定程度上的差距。尤其是那些大型构件，在LSF过程中如何去有效的控制其变形程度仍然是一个没有解决掉的难题。而对于SLM技术，1995年，德国Fraunhofer应用研究促进协会ILT激光技术研究所的Meiners等和日本大阪大学的Abe等为了去解决在SLS过程中粉末之间连接的强度很低的问题所提出地SLM技术构想[6]。不过因为受一些问题的限制，SLM一开始的发展速度并不是很快，在2010年之后，SLM技术才慢慢的在一些典型金属材料上取得了一定的研究成果，后来还应用与医学和航空领域等。但由于现在SLM技术成形的构件尺寸不大，并且容易产生球化情况，让构件的内部会不可避免的形成一些小的气孔，不利于疲劳性能的提高，所以来说SLM技术适用的材料还是很少的。同样的对于一些大型的构件，在SLM过程中怎么样去控制应力的均匀分布也是一个需要去解决的问题[18]。论文网

2 电弧增材制造技术

电弧增材制造（WAAM）是一种运用了逐层熔覆原理，通过MIG、TIG以及等离子体焊接电源等产生的电弧作为其焊接的热源，利用焊丝的不断添加，在预先设计好的程序控制下，根据数字模型最终形成金属构件的先进制造技术[3]。它有很多的有点，包括制造周期很短、焊丝材料利用率高、成本低、易于零件的修复等等，相对于传统的制造方法有很多非常先进的地方，如无需模具，适合于小批量和多种产品的制造以及数字化控制等。而相比较其他增材制造技术，WAAM技术也有着制造成本低和沉积速率高的优点。由于它对金属材料的材质不是很敏感所以可以成形一些激光反射吕较高的材料，比如铜合金和铝合金等。图1为电弧增材制造中典型的构件[5]。

电弧增材制造中典型构件

在这些年对于电弧增材制造技术的相关研究中，相关人员尝试着把低热输入的焊接热源添加到电弧增材制造过程中，并且得到了一定的效果。北京航天航空大学从保强和哈尔滨工业大学姜云禄等人把CMT技术运用于铝合金的增材制造技术过程中，在控制工艺过程中能够有效的消除成形构件中的气孔等缺陷。哈尔滨工业大学的苗玉刚等人建设了一个旁路分流MIG电弧增材制造系统，他们认为这个系统不仅仅能够实现同一种材料的增材制造，还能让不同种金属之间的增材制造也得以完成[19]。