房東升　張帥　高揚

摘 要：激光立體成形技術(shù)是在三十多年前，八十年代末期出現(xiàn)的一項高新制造技術(shù)，到二十一世紀(jì)為止激光立體成形技術(shù)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展已經(jīng)取得了很大進步，激光立體技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高性能致密金屬零件的無模具快速近終成型。自八十年代起于美國的Sandia國家實驗室，Los Alamos國家實驗室，密歇根大學(xué)Mazumder教授的研究小組，相繼進行關(guān)于金屬材料激光立體成形技術(shù)探討。到目前為止還處于實驗研究階段，金屬材料激光立體成形技術(shù)的探討、發(fā)展?fàn)顩r以及形成特性、凝固組織的形成規(guī)律已經(jīng)進入了更加深入的研究。

關(guān)鍵詞：激光立體成形；工藝技術(shù)；金屬材料；精確度

引言：激光立體成形技術(shù)與以往的金屬鍛造過程相比來說，具有無模具、形成周期較短、低成本、高性能及快速響應(yīng)能力。激光立體成形技術(shù)將為我國頂尖領(lǐng)域所研究的先進設(shè)備和先進發(fā)動機中的關(guān)鍵零件的生產(chǎn)提供前提條件，為我國乃至全世界開辟一條成形快速、經(jīng)濟、高效質(zhì)量的激光立體成形體系。

目前，以美國為首的國外激光立體成形技術(shù)快速發(fā)展，在立體成形技術(shù)方面依然走在世界先端。在制造業(yè)所使用的技術(shù)零件激光立體成形研究中所使用的材料有很多種類，其中包括鎳基超合金、不銹鋼、工具鋼、鈦合金、鎢等。通常我們利用激光立體成形技術(shù)。形狀復(fù)雜、使用性能高于其他鍛造制造的零件，在實際使用中可以增加金屬零件的使用壽命，從而增加經(jīng)濟效益，進一步推動世界激光立體成形技術(shù)更加快速的發(fā)展。

1、激光立體成形技術(shù)的原理以及優(yōu)點

激光立體成形技術(shù)的加工過程：首先必須在計算機中生成所需制造的金屬零件三維模型圖，按一定比例分層將其分割成為二維模型圖，然后用激光熔覆的方法將二維模型材料堆積為三維模型實體金屬零件或近似實體金屬零件，最后經(jīng)過機械設(shè)備的簡單加工和處理，得到最終的實際金屬材料零件。這就是金屬材料激光立體成形技術(shù)。優(yōu)點為：

（1）制造柔性化程度高，可以多品種、大批量的生產(chǎn)，推動了以往的金屬制造技術(shù)發(fā)展。

（2）生產(chǎn)過程中省去了使用模具的時間和費用，縮短的制造周期從而提升了加工速度。

（3）激光立體成形技術(shù)分為三個階段，計算機設(shè)計、激光立體成形和后期處理。制造過程完全符合了二十一世紀(jì)的發(fā)展節(jié)奏，信息化、現(xiàn)代化和智能化。

（4）激光成形技術(shù)利用計算機技術(shù)在很大程度上方便了金屬零件所處不同部位，以及不同部位零件的組成成分的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)最佳性能的搭配。

（5）由于激光成形技術(shù)完全由計算機操控，不需要模具成形，節(jié)約了經(jīng)濟開支、方便了制造商。

（6）利用激光成形技術(shù)的快速融化及凝固過程，可以加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的材料，并且提高材料的使用性能。

（7）激光成形技術(shù)的快速發(fā)展優(yōu)化了工藝，成形件具有內(nèi)部致 密無缺陷的優(yōu)點。

激光成形技術(shù)所制造的金屬材料形狀的符合度和性能要高于普通的金屬鍛造技術(shù)。許多飛機的器械設(shè)備所需的金屬零件，幾乎全是由激光成形技術(shù)制造來完成的。激光器的制造功率也提高了很多，目前達到了18KW。制造的金屬零件的耐高溫和強壓能力也逐漸上升到一個新的層面，而且零件的制造不再局限于小金屬零件的制造，利用激光成形技術(shù)制造的最大零件尺寸已經(jīng)達到了數(shù)米見方，已經(jīng)在實際應(yīng)用階段。

現(xiàn)如今中國在激光成形技術(shù)方面的發(fā)展也突飛猛進，但是相對于國外來說國內(nèi)的激光成形技術(shù)和國外相比依然有些差距。國內(nèi)激光成形技術(shù)在一九九五年才獨立提出構(gòu)思，逐步摸索著進行探索工作。一九九七年，西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室與北京航空工藝研究所共同開展了對金屬材料立體成形技術(shù)系統(tǒng)性的基礎(chǔ)研究。一九九八年開始，國內(nèi)乃至全球?qū)す饬Ⅲw成形技術(shù)的研究文獻報道大幅度增加，開辟了激光立體成形技術(shù)的新紀(jì)元。也引起了該領(lǐng)域研究的熱潮，清華大學(xué)和北京航空單位也相繼開展了金屬材料立體成形技術(shù)的研究工作。

2激光立體成形技術(shù)發(fā)展展望

2.1工藝技術(shù)研究進一步系統(tǒng)化

雖然激光立體成形技術(shù)帶來了很大的便捷但是在一定程度上也帶來了新的問題，如何控制工藝達到新的最佳成果，如何減少材料中裂紋的產(chǎn)生。有些金屬材料的制造將會應(yīng)用到國防高科技領(lǐng)域，所以在文獻中不報道工藝的研究細(xì)節(jié)，如何消除工藝過程中的缺陷，如何提高工藝的精確度任然需要系統(tǒng)化。

2.2理論研究進一步深化

激光成形技術(shù)側(cè)重于實驗操作，但是要想得到準(zhǔn)確精密的金屬材料就要有充分的理論基礎(chǔ)，在理論成熟的基礎(chǔ)上才可以進行實際的實驗操作。所以理論研究需要進一步深化。

2.3開發(fā)適用于激光成形技術(shù)的合金材料

金屬材料激光成形技術(shù)中常用的材料有鎳基超合金、不銹鋼、工具鋼、鈦合金、鎢等。這些材料都是實際應(yīng)用比較多的材料，也許在某些程度上并不適合激光立體成形技術(shù)的加工過程，其加工過程或許會降低其性能，所以要在原有材料的基礎(chǔ)上開發(fā)適合于該技術(shù)的合金材料。

2.4成形精度與成形速率如何達到最佳匹配

眾所周知，激光成形技術(shù)加速了金屬的制造和批量生產(chǎn) ，但是在一定程度上我們還面臨著激光成形技術(shù)的成形精度和成形速率的取舍問題，成形速率是關(guān)乎于經(jīng)濟收益的問題，而成形精度關(guān)乎于金屬材料的精確性。如何達到其最佳匹配是當(dāng)前的重要問題。

2.5粉末輸送系統(tǒng)的改進

根據(jù)實驗研究發(fā)現(xiàn)，需要用到粉末材料時在激光快速形成過程中時常發(fā)生堵塞，堵塞之后會在很大程度上影響其精確性和成形速率，因此減少粉末堆積就成了一項大問題，粉末輸送系統(tǒng)的改進工作還需要增加。

結(jié)語：

盡管激光成形技術(shù)存在一定的弊端，但是其優(yōu)勢也不容小覷，激光成形技術(shù)修復(fù)了許多設(shè)備中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，解決了鍛焊技術(shù)中達不到的關(guān)鍵技術(shù)難題。該技術(shù)還擴展到了修復(fù)口腔和醫(yī)學(xué)臨床研究，取得了很大的成就和突破，從1995年開始，迄今22年的時間里，持續(xù)金屬材料激光成形技術(shù)的研究和系統(tǒng)化工作，相信在以后的研究過程中激光成形技術(shù)將會走在世界的前端，成為一條重要的經(jīng)濟產(chǎn)鏈。

參考文獻：

[1]黃衛(wèi)東，李延民，馮莉萍，陳靜，楊海歐，林鑫.金屬材料激光立體成形技術(shù)[J].材料工程，2002（03）：40-43+27.

[2]劉業(yè)勝，韓品連，胡壽豐，柴象海，曹源.金屬材料激光增材制造技術(shù)及在航空發(fā)動機上的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2014（10）：62-67.

作者簡介：

第一作者：房東升（1995-），男，籍貫：山東青島，當(dāng)前職務(wù)：學(xué)生，學(xué)歷：本科，研究方向：材料成型及控制工程。

第二作者： 張帥（1996-），男，籍貫：湖北天門，當(dāng)前職務(wù)：學(xué)生，學(xué)歷：本科，研究方向：材料成型及控制工程。

第三作者：高揚（1994-），，男，籍貫：河南洛陽，當(dāng)前職務(wù)：學(xué)生，學(xué)歷：本科，研究方向：材料成型及控制工程。