第一，激光材料增長(zhǎng)制造技術(shù)概述  

顧名思義，激光增材制造技術(shù)是一種以激光為熱源，利用激光的高能光束聚焦效應(yīng)快速熔化金屬粉末的制造方法。由于激光具有能量密度高的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)鈦合金、高溫合金等難加工金屬在航空航天領(lǐng)域的制造。同時(shí)，激光材料的增加制造技術(shù)也具有不受零件結(jié)構(gòu)限制的優(yōu)點(diǎn)，可用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)、難加工和薄壁零件的制造。  

目前，用于激光材料添加制造技術(shù)的材料包括鈦合金、高溫合金、鐵基合金、鋁合金、耐火材料、非晶態(tài)合金、陶瓷和梯度材料。在航空航天領(lǐng)域，多孔復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造在高性能復(fù)雜構(gòu)件和生物制造領(lǐng)域有著顯著的優(yōu)勢(shì)。與二維印刷相比，三維印刷實(shí)際上可以說是層層堆積的二維印刷。金屬3D打印中使用的金屬粉末相當(dāng)于2D印刷中使用的色粉。  

二.激光材料的分類-增加制造技術(shù)  

以激光為熱源的添加材料的制造技術(shù)主要分為基于送粉的激光沉積技術(shù)和基于鋪粉的激光選擇性熔煉技術(shù)，詳細(xì)介紹了這兩種工藝。  

1.激光送粉技術(shù)(金屬材料同時(shí)送入粉末熔池)  

由于各單元名稱不同，激光熔敷技術(shù)(主要是送粉)也被稱為直接激光沉積、激光立體成形工藝、金屬直接沉積、激光熔敷等。無(wú)論是哪種方法，其原理都是采用快速成型的基本原理，以金屬粉末為原料，以高能激光為能量源，按照預(yù)定的加工路線，將金屬粉末逐層熔化，快速凝固，層層沉積，實(shí)現(xiàn)金屬零件的直接制造。  

一般來(lái)說，激光金屬直接成形系統(tǒng)平臺(tái)包括激光、數(shù)控工作臺(tái)、送粉噴嘴、高精度可調(diào)送粉器等輔助設(shè)備，如下圖所示。根據(jù)光束模式，可選擇的激光器可分為半導(dǎo)體連續(xù)激光器、光纖連續(xù)激光器、二氧化碳連續(xù)激光器和YAG：Nd脈沖激光器。根據(jù)噴頭的不同位置，主要分為同軸送粉噴頭組和側(cè)向送粉噴嘴。  

送粉激光三維打印主要分為以下四個(gè)過程：(1)建模過程。如果你想打印一個(gè)形狀的物體，你首先需要在CAD軟件中繪制一個(gè)所需零件的三維圖形。(2)軌跡生成過程。對(duì)三維模型進(jìn)行切片，將原三維模型劃分為多個(gè)二維圖形，便于逐層疊加打印。(3)激光印刷工藝。將繪制和切片的三維圖形導(dǎo)入到激光加工程序中，在激光處理器上完成三維零件的制作。(4)得到完整的印刷零件。  

送粉式金屬3D打印  

二.基于粉末敷設(shè)的激光粉末添加制造技術(shù)(金屬粉末在沉積前預(yù)先鋪設(shè))  

激光選擇性熔煉技術(shù)采用高亮度激光直接熔融金屬粉末材料而不需要粘結(jié)劑，任何具有與鍛件相同性能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件都可以通過三維模型直接成形，零件只能用于光滑的表面，激光增材技術(shù)主要包括激光選擇性沉積(激光選擇性沉積)、粉末床沉積技術(shù)等。  

激光選擇性熔煉的基本原理是激光束掃描按預(yù)先計(jì)劃的路徑熔化預(yù)先鋪設(shè)的金屬粉末；完成一層掃描后，工作艙下降一層高度，攤鋪機(jī)將一層粉末接續(xù)，層層堆積，直到制造出所需的金屬零件，整個(gè)加工過程處于真空環(huán)境中，能夠有效地避免空氣中有害雜質(zhì)的影響。  

采用激光選擇性熔煉工藝可直接制備最終金屬制品，節(jié)省了中間過渡環(huán)節(jié)，制備的零件尺寸精度高，表面粗糙度好(Ra為10~30μm)。它適用于各種復(fù)雜形狀的工件，特別是內(nèi)部具有復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)且不能用傳統(tǒng)方法制造的復(fù)雜工件，適用于單、小批量復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的無(wú)?？焖夙憫?yīng)制造。  

三.用于激光材料增強(qiáng)制造的材料  

由于高能激光的聚焦效應(yīng)，制備高熔點(diǎn)的難熔金屬材料是有條件的。在航空航天應(yīng)用中，鈦合金、高溫合金、鐵鎳合金、鋁合金等技術(shù)的制備已經(jīng)相對(duì)成熟。由于激光增材工藝制備的鍛件幾乎超過了鍛件標(biāo)準(zhǔn)，加之成型效率高、周期短等特點(diǎn)，在航空航天生產(chǎn)中有著巨大的應(yīng)用潛力。  

美國(guó)山基公司生產(chǎn)的鈦合金飛機(jī)零件  

以下是采用送粉和鋪粉激光加料技術(shù)制備的普通金屬及其合金。激光材料加入法制備鈦合金的工藝已經(jīng)比較成熟，具有生產(chǎn)大元器件的能力。美國(guó)山基公司生產(chǎn)的鈦合金飛機(jī)零件最大成形速度可達(dá)18kg/h，力學(xué)性能達(dá)到AMS4999標(biāo)準(zhǔn)要求。激光成形不僅可用于成型材料的制備，還可用于修復(fù)受損零件。  

GB/T1497-1988飛機(jī)損壞零部件的激光沉積修復(fù)技術(shù)  

由于金屬材料激光材料制造技術(shù)的不斷提高，金屬粉末是其原料，金屬粉末的質(zhì)量將直接影響成形件的最終質(zhì)量。然而，目前還沒有專門用于激光材料添加的金屬粉末。目前，用于激光材料加成制造工藝的金屬粉末主要用于等離子噴涂、真空等離子噴涂和高速氧燃料火焰噴涂等熱噴涂工藝，基本上是采用霧化工藝制造的。這種金屬粉末在生產(chǎn)過程中可能會(huì)形成一些空心顆粒。當(dāng)這些空心顆粒的金屬粉末被用于制造激光材料時(shí)，會(huì)導(dǎo)致零件出現(xiàn)孔洞、裂紋等缺陷。因此，用于激光材料制造的金屬粉末將成為未來(lái)的研究熱點(diǎn)。