高性能金属零件激光增材制造技术研究进展.pdf

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1、高性能金属零件激光增材制造技术研究进展米张安峰，李涤尘，梁少端。王潭，严深平，张连重(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安710054)【摘要】激光增材制造(L够erAdditiveMallufactul血g，LAM)技术实际上是一种兼顾精确成形和高性能成性一体化需求的先进制造技术。首先介绍了两种典型激光增材制造技术的成形原理及其特点；然后介绍国内外激光增材制造技术的最新研究进展；再重点介绍西安交通大学在激光增材制造技术方面的最新研究进展：(1)超声振动辅助激光熔覆沉积对IN718沉积态组织与性能的影响；(2)感应辅助激光熔覆沉积DD4定向晶修复DZl25L叶片的研究；(

2、3)Cuw功能梯度复合材料的激光熔覆沉积工艺研究；(4)送粉气纯度对激光熔覆Fe314修复40Cr组织与性能的影响；最后阐述了激光增材制造技术所面临的挑战。关键词：激光增材制造；激光熔覆沉积；选区激光熔化DoI：10．1608嘶．is蚰167l-833x．2016．22。016张安峰教授，博士生导师。主要从事激光增材制造(∞打印)技术及其装备。高性能金属零件增材制造技术及其再制造修复工程等方面的研究。+基金项目：国家重点专项“高性能金属结构件激光增材制造控形控性研究”(2016YFBllool02)；国家自然科学基金项目(51275392)；陕西省科技统筹创新工程计划项目(2015K

3、7丌SCY03—06)。16航空翻造技术·2016年第22期增材制造(A必6veM删lfacturi鸥AM)是依据三维模型数据将材料连接制作成物体的过程，相对于减法制造，它通常是逐层累加的过程n】，是通过添加材料直接从三维数学模型获得三维物理模型的所有制造技术的总称，集机械工程、cAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、电子束、激光等技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。学术界称之为“增材制造”，大众和传媒界称之为“3D打印”。加世纪80年代末，

4、增材制造技术逐步发展，而且是在全世界多个研究机构相对独立地发展起来，因此被不同机构赋予了不同名称：英国利物浦大学和美国密西根大学DirectMetalDeposition(DMD)【2_31；加拿大国家研究委员会集成制造技术研究所L鹊erConsohdation(LC)嗍；瑞士洛桑理工学院LaserMetalForming(LMF)【51；美国Sandia国家实验室LaserEngineeredNetShaping(LENS)嘲；美国Los—Alamos国家实验室DirectedLightFabrication(DLF)【．”；美国Aeromet公司LaserForming(LF)或

5、者LaserAdditiveManufacturing(LAM)【砌；美国宾州大学LaserFree—FormFabrication(LFFF)；英国伯明翰大学DirectLaserFabrication(DLF)‘9】。名称虽然不同，但基本的技术原理却是完全相同的，即都是基于同步送粉(送丝)的数字化增材制造技术。AM技术主要具有以下几个突出的特点：(1)直接。从原材料的粉材、丝材直接成形出来，形状可以是任意复杂的三维零件，直接跨越了传统的铸造、锻造、焊接等工艺，还跨越了粗加工的过程，直接到精加工，这是AM技术最主要的特点；(2)快速。物流环节少，制造工序少，制造周期加快；(3)绿色

6、。跟“直接”密切相关，中间的过程少了，基础零件不再被反复地加热、冷却，所以能耗就低了；(4)柔性。AM技术可以充分发挥设计师的想象力，设计师的自由度大，可以设计出任意结构的零件；(5)数字化、智能化为制造业的变革带来了可能，因为AM技术发展使传统的流水线、大工厂生产模式有网络化的可能性。故把这种新技术说成是具有直接、快速、绿色、柔性、数字化、智能化特点的AM技术。两种典型LAM技术的成形原理及其特点LAM技术按其成形原理可分为两类：(1)以同步送粉为技术特征的激光熔覆沉积(LaserCladdingDeposition，LCD)技术；(2)以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化(Sele

7、cIiveLaserMelting，SLM)技术。下面着重概述这两种典型LAM技术的成形原理及其特点。1LCD技术成形原理及特点LCD技术是快速成形技术的“叠层累加”原理和激光熔覆技术的有机结合，以金属粉末为成形原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件cAD模型分层切片信息的加工路径，将同步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。LCD系统主要包括：激光器、冷水机、CNC数控工作台、同轴送粉喷嘴、送粉器及其他辅助