金属材料激光增材制造技术
增材制造技术现状与未来
增材制造技术现状与未来随着科技的不断发展，增材制造技术已经成为当今制造业的热门领域。
本文将介绍增材制造技术的现状、存在的问题以及未来发展趋势，旨在让读者更好地了解这一技术的潜力和前景。
增材制造技术是一种通过计算机辅助设计（CAD）软件，将原材料逐层堆积成复杂形状的技术。
自20世纪80年代出现以来，增材制造技术得到了迅速发展，已经被广泛应用于航空、医疗、汽车、建筑等领域。
粉末烧结成型技术：通过激光或其他能量源将金属粉末烧结成指定形状。
液体喷射技术：将液态材料通过喷头逐层喷射，形成指定形状。
激光熔覆技术：通过激光扫描将金属粉末熔覆在基材上，形成指定形状。
生物打印技术：将生物细胞、组织等通过喷头逐层打印，形成复杂的三维结构。
尽管增材制造技术已经取得了长足的发展，但仍存在以下问题和挑战：制造成本较高：目前增材制造设备的购置和维护成本仍相对较高，影响了技术的普及和应用。
打印精度和稳定性有待提高：增材制造技术的打印精度和稳定性受多种因素影响，如原材料、设备性能、工艺参数等。
材料选择受限：目前可用于增材制造技术的原材料相对较少，仍需进一步拓展。
尽管存在问题和挑战，但增材制造技术的潜力和前景依然值得期待。
未来，随着技术的不断进步和创新，增材制造将朝着更高效、更环保、更广泛的方向发展。
技术创新与提升：未来增材制造技术将不断追求技术创新和提升，提高打印精度和稳定性，降低制造成本，实现更高效的生产。
同时，还将研究和发展新的增材制造材料，以满足不同领域的需求。
绿色制造与可持续发展：增材制造技术将越来越注重环保和可持续发展，通过节能减排、循环利用等措施，降低生产过程中的环境污染，实现绿色制造。
应用领域的扩展：随着技术的不断发展，增材制造技术的应用领域也将不断扩展。
未来，增材制造技术将在医疗、航空、汽车、建筑等领域实现更广泛的应用，为人类创造更多的价值。
智能制造与数字化转型：随着工业0时代的到来，增材制造技术将越来越注重智能化和数字化转型。
激光定向能量沉积增材制造技术及应用
激光定向能量沉积增材制造技术及应用1.引言1.1 概述概述激光定向能量沉积增材制造技术是一种先进的三维打印技术，它通过激光束将金属粉末熔化并逐层积累，从而实现对复杂形状零件的快速制造。
该技术具有高效、精确、可塑性强等特点，在制造业领域引起了广泛的关注和应用。
本文将深入探讨激光定向能量沉积增材制造技术的原理和应用，并展望其在未来的发展前景。
随着科技的发展和制造业的进步，零件的制造需求日益增加，特别是那些具有复杂形状和特殊功能要求的零件。
传统的加工方法往往会遇到制造困难和高成本的问题，因此需要一种新的制造技术来满足这些需求。
激光定向能量沉积增材制造技术的出现正是为了解决这些问题。
激光定向能量沉积增材制造技术与传统的加工方法相比，具有许多独特的优势。
首先，它可以根据设计要求实现高度个性化的制造，对于小批量生产和定制化生产非常适用。
其次，该技术能够实现快速、高效的制造过程，大大节约了制造时间和成本。
此外，激光定向能量沉积增材制造技术还具有高精度、材料利用率高、具备较好的机械性能等特点，能够满足各类零件的制造要求。
该技术的原理是通过激光束在金属粉末上进行选区熔化，将熔化的金属逐层积累成为固态零件。
在这个过程中，激光束的能量被准确地控制和定向，以实现精确的制造。
同时，激光束的使用还可以避免了传统加工方式中可能产生的机械损伤和变形问题。
激光定向能量沉积增材制造技术在许多领域都得到了成功应用。
例如航空航天领域，该技术可以制造出轻量化、高强度的零件，提高了飞行器的性能和燃油利用率。
同时在医疗领域，激光定向能量沉积增材制造技术也可以制造出个性化的医疗器械和假肢等，为患者提供更好的治疗和生活质量。
展望未来，激光定向能量沉积增材制造技术将会在更多领域得到应用和发展。
随着材料科学和激光技术的不断进步，该技术的制造速度和精度将进一步提高，为制造业带来更多的机遇和挑战。
同时，随着3D打印技术逐渐普及和成熟，激光定向能量沉积增材制造技术也将成为未来制造业的重要发展方向和趋势。
激光增材制造技术的研究现状及发展趋势
激光增材制造技术的研究现状及发展趋势一、本文概述激光增材制造技术，也称为激光3D打印或激光粉末床熔化（LPBF），是一种先进的增材制造技术，它利用高能激光束熔化粉末材料，逐层堆积形成三维实体。
由于其在材料利用率、制造精度和复杂结构制造能力等方面的独特优势，激光增材制造技术正受到全球科研界和工业界的广泛关注。
本文旨在深入探讨激光增材制造技术的当前研究现状，包括其基本原理、主要应用领域、关键技术和挑战等，并展望其未来的发展趋势。
通过对国内外相关文献的综述和案例分析，本文期望为激光增材制造技术的发展提供有价值的参考和启示。
二、激光增材制造技术研究现状激光增材制造（LAM，Laser Additive Manufacturing）技术，作为增材制造（AM，Additive Manufacturing）领域的一种重要技术手段，近年来在全球范围内受到了广泛的关注和研究。
该技术利用高能激光束作为热源，将粉末或丝状材料逐层熔化并堆积，从而构建出具有特定形状和性能的三维实体。
材料体系日益丰富：随着材料科学的进步，可用于激光增材制造的材料已经从最初的金属粉末扩展到了陶瓷、高分子材料以及复合材料等多元化体系。
这为激光增材制造技术在不同行业的应用提供了更多的可能性。
设备工艺持续优化：激光增材制造设备的精度和稳定性直接关系到最终产品的质量和性能。
目前，研究者们正致力于优化激光束的控制系统、粉末输送装置以及环境控制系统等关键部件，以提高设备的整体性能。
过程监控与质量控制：随着制造过程复杂性的增加，对制造过程中的监控和质量控制提出了更高的要求。
目前，研究者们正尝试将人工智能、机器学习等先进技术引入激光增材制造过程中，以实现对制造过程的实时监控和智能调控。
应用领域不断拓展：激光增材制造技术以其独特的优势，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域得到了广泛的应用。
随着技术的不断进步，其应用领域还将进一步扩大。
绿色环保与可持续发展：随着全球对环境保护意识的提高，激光增材制造技术作为一种近净成形技术，具有减少材料浪费、降低能源消耗等绿色环保特点。
增材制造技术在金属冶炼中的应用
通过增材制造技术，可以实现 金属材料的快速凝固和精确控 制，提高金属材料的性能和品
质。
增材制造技术还可以应用于金 属零件的修复和再制造，延长 了设备使用寿命，降低了维护
成本。
增材制造技术有助于推动金属 冶炼行业的数字化转型和智能 化升级，提升产业竞争力。
对未来研究和应用的建议
01 02 03 04
使用增材制造技术直接制造金属零件
增材制造技术可以直接制造金属零件 ，这种方法称为金属增材制造或金属 3D打印。
VS
金属增材制造技术可以使用各种金属 材料，如不锈钢、钛合金、铝合金等 ，通过将金属粉末或金属丝材逐层堆 积并熔化成型，最终获得具有复杂形 状和内部结构的金属零件。
使用增材制造技术优化金属冶炼过程
随着环保意识的提高，对金属冶炼的环保要求将越来越高，增材制造 技术的环保优势将得到更广泛认可。
定制化需求增长
随着个性化消费的兴起，对金属产品的定制化需求将不断增加，增材 制造技术将更好地满足这一需求。
05
结论
总结增材制造技术在金属冶炼中的应用价值
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04
增材制造技术为金属冶炼提供 了高效、环保的生产方式，降
增材制造技术还可以用于优化金属冶炼过程，提高金属材 料的性能和降低生产成本。
通过增材制造技术，可以快速制备出具有特定结构和性能 的金属材料，如耐高温、耐腐蚀、高强度等，这些材料在 传统冶炼方法中难以制备或成本较高。
增材制造技术还可以用于制备金属材料的复合材料和合金 ，通过控制材料的微观结构和相组成，提高材料的综合性 能。
增材制造技术在金 属冶炼中的应用
目录
• 增材制造技术概述 • 金属冶炼的传统方法与挑战 • 增材制造技术在金属冶炼中的应用案例 • 增材制造技术在金属冶炼中的优势与局限
激光和增材制造关系
激光和增材制造关系随着制造技术的不断发展，增材制造成为了一种越来越受欢迎的制造方法，而激光则成为了增材制造中最重要的工具之一。
激光与增材制造之间有着密不可分的关系，本文将从激光和增材制造的基本概念、激光在增材制造中的应用以及未来发展趋势等方面进行介绍。
一、激光和增材制造的基本概念激光是一种高度聚焦的光束，具有高能量密度和高单色性等特点。
而增材制造则是利用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)技术，通过逐层添加材料的方式制造物品。
激光和增材制造之间的关系在于，激光可以用来精确控制增材制造过程中的熔化、固化和烧结等过程，从而实现高精度、高效率的制造。
二、激光在增材制造中的应用激光在增材制造中具有广泛的应用，其中最常见的是激光熔化成形(Laser Powder Bed Fusion)。
这种方法是利用激光熔化金属粉末，逐层堆积并烧结成型。
此外，激光还可以用于激光固化成形(Laser Stereolithography)、激光烧结成形(Laser Sintering)等多种增材制造方法中。
激光在增材制造中的应用，可以实现高精度、高效率的制造。
例如，利用激光熔化成形可以制造出复杂形状的零件，而且可以在一个工作台面上同时制造多个零件，大大提高了制造效率。
此外，激光烧结成形还可以用于制造复合材料、陶瓷等高强度材料。
三、未来发展趋势随着激光技术的不断发展和增材制造技术的不断推进，激光和增材制造之间的关系将会更加密切。
未来，激光在增材制造中的应用将会更加广泛，包括利用激光进行快速成型、制造超精密零件、生物打印等领域。
同时，激光和增材制造的结合也将为制造业带来更大的变革和发展。
激光和增材制造之间的关系是紧密相连的。
激光作为增材制造中的重要工具，可以实现高精度、高效率的制造。
未来，随着激光和增材制造技术的进一步发展，其应用范围将会更加广泛，为制造业的发展带来更多的机遇和挑战。
金属材料增材制造技术应用现状及发展趋势
金属材料增材制造技术应用现状及发展趋势文/ 孙子文0 前言增材制造技术（又称“3D打印”）被誉为引领产业变革的颠覆性技术之一。
区别于传统对原材料切削组装的减材加工过程，增材制造技术通过数字模型文件将金属粉末、塑料等可结合材料熔融、挤压、烧结、光固化等逐点、逐线、逐面堆积，制造出实际物体。
增材制造根据数字模型制造出复杂结构，节省材料、可灵活设计和个性化定制。
随着新型材料的不断应用和增材制造技术的发展，增材制造技术大量应用在航空航天、生物医疗、交通、智能穿戴等领域。
近年来，增材制造技术越来越受到重视，美国、英国、德国等都提出了增材制造技术研究、产业计划，投入大量人力物力进行产业竞争。
我国也对增材制造技术加以支持，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》重点提及增材制造；《增材制造标准领航行动计划（2020－2022年）》提出推动2~3项我国优势增材制造技术和标准制定为国际标准，增材制造国际标准转化率达到90%，增材制造标准国际竞争力不断提升。
北京、广东、陕西等地也根据实际情况不断推动增材制造产业发展，2020年广东省3D打印设备产量增长超过100%。
金属材料广泛应用于工业生产和日常生活的各个领域，金属材料增材制造工艺作为门槛最高、前景最好的技术之一，也应用在多个领域。
本文介绍金属材料增材制造的工艺、应用，讨论金属材料增材制造的面临挑战和发展趋势，展望金属增材制造技术的前景。
1 金属材料增材制造工艺根据热源来分，金属材料增材制造技术可分为激光、电子束、电弧增材制造。
激光增材制造主要应用于复杂小件的精密快速成形；电子束增材制造能量密度和能量利用率都较高，使得沉积效率和速率也很高；电弧增材制造主要适用于大尺寸、低精度复杂形状工件的快速成形制造，但由于精度低，成形后通常需要后续处理。
金属粉末的增材制造主要有选区激光烧结、选区激光融化、电子束选区融化等，通过数字模型用高能束进行烧结融化，单层成形后，成形平台下降一个单层的高度，铺粉系统制备一层新的粉末材料，然后高能束照射形成新的单层，循环往复，形成三维实体样品。
高性能金属构件的激光增材制造
高性能金属构件的激光增材制造激光增材制造（Laser Additive Manufacturing，简称LAM）是一种新型的金属构件制造技术，它通过激光熔化金属粉末逐层堆积，实现快速、高精度的金属构件制造。
LAM具有很高的设计自由度和加工灵活性，可以制造出复杂形状、高性能的金属构件，因此在航空航天、汽车、医疗器械等领域具有广阔的应用前景。
本文将针对高性能金属构件的激光增材制造进行深入探讨。
一、激光增材制造技术概述激光增材制造是一种以激光熔化金属粉末为原料，通过逐层堆积的方式进行构件制造的先进制造技术。
其工作过程主要包括以下几个步骤：在制造床上铺设一层金属粉末，然后利用激光束对金属粉末进行熔化，形成一层薄片；接着，通过改变激光束的焦距和扫描轨迹，熔化下一层金属粉末，将其与上一层熔化的金属薄片相接触，形成新的一层金属薄片；如此往复，直至构件的所有层都被堆积完成。
激光增材制造可以用于多种金属材料，包括钛合金、不锈钢、铝合金等，能够制造出具有复杂内部结构和高性能的金属构件。
激光增材制造具有以下显著特点：具有很高的制造自由度，可以制造出几何形态复杂的金属构件，满足不同应用的要求；由于是以金属粉末为原料，因此原材料利用率高，废料少，符合节能环保的要求；激光增材制造还具有高效、灵活的加工特性，可以快速制造出小批量、个性化的产品。
1. 航空航天领域航空航天领域对金属构件的性能要求非常高，因此激光增材制造技术在该领域具有巨大的应用潜力。
航空发动机的减重和结构强化是航空发展的重要方向，而激光增材制造可以制造出轻量化、高强度的金属构件，满足发动机零部件的需要；激光增材制造还能够制造出具有复杂内部结构的冷却孔板、叶片等航空发动机零部件，提高其散热效率和压气机效率；激光增材制造还能够制造出整体成形的航空航天结构件，减少焊接接头，提高结构的强度和可靠性。
2. 汽车工业汽车行业对金属构件的制造精度和材料性能要求也非常严格，因此激光增材制造技术在汽车工业中有着广泛的应用。
2.金属零件激光增材制造技术的发展及应用_李怀学
1897~2976kg，最终机械加工后零件 用。美国 Sandia、
重量仅为 83.7~143.8kg，材料利用率 Los Alomos 国 家
达到 2.92%~4.90%，单件零件机械切 实验室和密西根 削加工时间长达 6 个月以上。与锻 大学 J. Mazumder
（a）内壁修复
压 - 机械加工传统制造技术相比，激 教授研究组分别
李怀学 博士，中航工业北京航空制造工程
研究所高能束流加工技术实验室高级工 程师。主要从事激光快速成形和修复方 面的研究工作，目前承担及完成课题近 10 项，已发表论文 20 余篇，申请专利 3 项。
随着制造业全球化及市场的激 烈竞争，产品快速开发已成为竞争 的重要手段之一。为满足制造业日 益变化的客户需求，制造技术必须具 有高柔性，能够以小批量甚至单件生 产迎合市场。传统金属零件去材或 受迫成形制造方法往往工序多、工模
有 序 的 二 维 层 片；根 据
每 层 轮 廓 信 息，进 行 工
艺 规 划，选 择 加 工 参 数，
自 动 生 成 数 控 代 码；成
形机制造一系列层片并
自 动 将 它 们 联 接 起 来，
得到三维物理实体 。 [5-6]
这样将一个物理实体的
（b）侧向 图1 激光熔覆同步送粉方式
复杂三维加工离散成一 系 列 层 片 的 加 工，大 大
150~200mm29
52
251~300mm
的 成 形 过 程；成 形 全 过 程 的 快 速 响 应，适 合 现 代激烈的产品市场。快 速原型技术有 20 多种，
201~250mm
样品中出现裂纹 其典型技术包括立体印
图2 激光熔覆制备Fe-Co-Al合金的耐磨性
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金属材料激光增材制造技术
孙峰、李广生
金属材料增材制造技术是通过对CAD模型进行离散处理，以金属粉末、颗粒、金属丝材等为原材料，采用高功率激光束熔化/快速凝固逐层堆积生长，直接从零件数模完成高性能零件的近终成形制造。
金属材料增材制造技术，可分为以送粉为技术特征的激光沉积制造（Laser Deposition Melting，LDM）技术和以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。
LDM技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息规划的扫描路径，将送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零件的直接制造。
LDM系统主要包括：激光器及光路系统、水冷机及冷却系统、数控机床系统、送粉器及送粉系统、惰性气体保护系统、激光熔化沉积腔及工艺监控系统等。
图1LDM激光沉积制造技术
LDM技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点：
（1）无需大型设备与模具，零件近净成形，材料利用率高；工艺流程、制造周期短，制造成本低；
（2）零件无宏观偏析，组织细小、致密，力学性能达到锻件水平；
（3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造；
（4）激光束能量密度高，可实现难熔、难加工材料的近净成形；
（5）可对失效和受损零件实现快速修复，并可实现定向组织的修复与制造。
主要缺点：
（1）制造成本较高；
（2）制造效率较低；
（3）制造精度较差，悬臂结构需要添加相应的支撑结构。
SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术。
通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。
SLM系统主要由激光器及光路系统、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4部分组成。
图2SLM激光选区熔化制造技术
SLM技术具有以下优点：
（1）原材料范围广，包括不锈钢、高温合金、钛合金、钴-铬合金及难熔金属等；
（2）成形零件精度高，表面稍经打磨、喷砂等简单后处理即可达到使用精度要求；
（3）复杂零件制造工艺简单，周期短，材料利用率高；
（4）成形零件的力学性能良好，一般力学性能优于铸件，与锻件相当；
（5）适合多孔零件的制造，实现零件的轻量化的需求。
主要缺点：
（1）层厚和光斑直径很小，导致成形效率很低；
（2）零件大小会受到铺粉工作箱大小的限制，不适合制造大型的整体零件。