羅德強(qiáng) 宋金泉

摘要：在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，各行各業(yè)都有了長足的進(jìn)步。對(duì)于金屬增材制造技術(shù)來說，在近些年也獲得了快速的發(fā)展，金屬增材制造技術(shù)有著非常廣泛的應(yīng)用空間，在航空航天、醫(yī)療、汽車等等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?，而且在一些特定?yīng)用領(lǐng)域金屬增材制造技術(shù)工藝已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的加工工藝。在金屬增材制造技術(shù)之中，粉末床熔融與直接能量沉積屬于兩種主要的金屬增材制造技術(shù)工藝分類，其相關(guān)的技術(shù)原理、特點(diǎn)和實(shí)際的應(yīng)用狀況具有一定研究代表性，在這種前提下，對(duì)于金屬材料增材制造研究與應(yīng)用分析，就具有了極其重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：金屬材料增材制造;研究;應(yīng)用

對(duì)于增材制造來說，其含義主要是指運(yùn)用零件的三維模型數(shù)據(jù)來一層一層的結(jié)合材料成形制造，這屬于一種和傳統(tǒng)的減材制造完全相反的一種制造模式。從增材制造技術(shù)的含義可以知曉，其需要計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，這樣才能夠把零件的三維模型進(jìn)行科學(xué)、合理的切片分層，進(jìn)一步的離散成一層一層的二維模型數(shù)據(jù)，然后就能夠運(yùn)用高能熱源比如電弧、激光等等，把材料逐層熔融堆積成形，完成快速制造出具有復(fù)雜幾何形狀的零件的目標(biāo)。增材制造技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造技術(shù)的局限性，其可以在最短的時(shí)間之內(nèi)制造出傳統(tǒng)制造技術(shù)難以制造的零件，為設(shè)計(jì)人員提供了新的零件設(shè)計(jì)思路。增材制造技術(shù)最早是運(yùn)用在快速原型制造領(lǐng)域的，使用的材料主要是塑料與樹脂，而金屬增材制造技術(shù)在最近幾年才有了快速的發(fā)展，世界上很多國家都進(jìn)行了大量的研究。金屬增材制造技術(shù)依據(jù)工藝方法能夠分成兩個(gè)類型，分別是粉末床熔融與直接能量沉積，粉末床熔融工藝應(yīng)用最為廣泛，其主要是以選區(qū)激光熔化與電子束熔化成形為代表;直接能量沉積包含了激光金屬沉積與電弧增材制造兩個(gè)部分。

一、對(duì)于金屬增材制造技術(shù)種類的分析

金屬增材制造技術(shù)按照工藝分為了粉末床熔融與直接能量沉積兩個(gè)內(nèi)容，粉末床熔融工藝的具體內(nèi)容主要是把金屬粉末平鋪到基板上進(jìn)行熔融成形，其使用的金屬粉末尺寸在20μm到100μm之間，其特征是有著比較高的成形精度，同時(shí)成形花費(fèi)的時(shí)間和零件的復(fù)雜程度沒有關(guān)系，只和零件的體積相關(guān)成正比關(guān)系，粉末床熔融工藝包括選區(qū)激光熔化與電子束熔化成形兩個(gè)部分[1]。選區(qū)激光熔化運(yùn)用高能激光束，按照已經(jīng)預(yù)定好的掃描路徑和掃描速度，把鋪好的金屬粉末層快速熔化，然后再進(jìn)行快速冷卻凝固成形，具體的成形過程有三個(gè)步驟，第一步是電機(jī)控制成形缸下降，粉料缸上升;第二步是刮刀把粉末均勻的鋪在成形缸上;第三步是激光依據(jù)CAD設(shè)計(jì)好的路徑進(jìn)行選擇性掃描熔化粉末凝固成形，每一層都重復(fù)的進(jìn)行這三個(gè)步驟，一直到物品完全成形。電子束熔化成形原理和選區(qū)激光熔化相似，存在的區(qū)別就是熱源不同，電子束熔化成形利用電子束來替代激光作為熱源熔化金屬粉末，其優(yōu)勢在于激光較為容易被金屬反射，電子束的能量則非常容易被金屬吸收，那么在金屬粉末熔化的時(shí)候形成的熔池溫度也很高，所以電子束熔化成形非常適用于高熔點(diǎn)的材料[2]。直接能量沉積是把熱源直接的聚焦在基材與金屬材料上熔化，熔化后的金屬材料就可以沉積到基材上和基材融合后冷卻凝固。直接能量沉積包含了激光金屬沉積與電弧增材制造兩個(gè)部分，激光金屬沉積技術(shù)主要是把激光作為熱源，以金屬粉末或是金屬絲作為加工的原材料;電弧增材制造的原理與激光金屬沉積相似，只是在熱源的使用上換做了電弧，有著較高的沉積速率，但是精度較低無法制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件[3]。

二、關(guān)于金屬增材制造技術(shù)應(yīng)用的探究

對(duì)于金屬增材制造技術(shù)來說，不同的技術(shù)類型有不同的適用場景，選區(qū)激光熔化因?yàn)橛兄鴥?yōu)秀的成形件性能，拉伸性能也超過了鑄件，達(dá)到了鍛件的水準(zhǔn)，成形的精度很高，所以適合被應(yīng)用到醫(yī)療、汽車航空航天等等領(lǐng)域，比如國外的航天航空公司就使用選區(qū)激光熔化技術(shù)制造了載人航天飛船的引擎[4]。激光金屬沉積優(yōu)點(diǎn)較多，比如材料利用率高、沉積速率高、成形靈活等等，因此有著較多方面的應(yīng)用，比如國外的航空公司制造飛機(jī)零部件，使用激光金屬沉積技術(shù)能使得零部件的重量減輕，節(jié)省材料。電弧增材制造被應(yīng)用到大型零件制造方面，比如歐洲的公司使用該技術(shù)生產(chǎn)全尺寸鈦合金壓力容器，節(jié)省了大量材料[5]。

三、結(jié)語

總的來說，對(duì)于金屬材料增材制造研究與應(yīng)用的探索，有助于工業(yè)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)應(yīng)內(nèi)容有著極其重要的實(shí)際作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]于云，史廷春，孫芳芳，等.典型無機(jī)非金屬材料增材制造研究與應(yīng)用現(xiàn)狀？[J].材料導(dǎo)報(bào)，2016，30（21）：119-129.

[2]龔偉.典型無機(jī)非金屬材料增材制造與應(yīng)用現(xiàn)狀研究[J].建材與裝飾，2017（39）：249-250.

[3]樂方賓，葉寒，劉勇.金屬材料增材制造研究與應(yīng)用[J].江西科學(xué)，2020，38（2）：157-161，262.

[4]鄧祥晶.增材制造技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用研究[J].電腦迷，2016（8）：116.

[5]陳濟(jì)輪，董鵬，張昆，等.金屬材料增材制造技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景分析[J].電加工與模具，2014（1）：66-69.