金属零件增量复合制造技术.pdf

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1、封面文章COVERSTORY金属零件增量复合制造技术HybridAdditiveManufacturingMethodofMetallicParts华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室　　张海鸥　向鹏洋　芮道满华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室　　王桂兰　　　　　　　　增量制造技术变革了传统的机械加工减量成形和锻造等量成形模式，为制造难加工复杂高性能零件提供了新的思路。现有高能三束（激光、电子束、等离子束）金属零件自由增材制造技术存在成形效率不高、成本高、成形精度及性能可靠性不足的瓶颈问题。要克服上述技术瓶颈，既保持增量制造技术优势，又吸收传统技术优点，需要研究探索

2、新的复合制造新技术。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.10.034[3-6]张海鸥展方向之一。该技术不仅可以完成的特点及研究现状。东京大学工学博士，华中科技大学难加工复杂形状金属零件的快速制数字制造装备与技术国家重点实验室电弧-激光复合直接制造造，还可以根据零件不同部位的工作教授、博士生导师，主要从事新材料加条件和特殊的性能要求实现梯度功技术研究现状工与模具制造技术、数字制造技术与装[7]备、高能束和机器人制造CAD/CAM/CAE能材料零件的快速成形，因此在航空电弧-激光复合焊接技术是等方面的研究，承担和完成国家自然科航天、国防、能源、交通等尖端支

3、柱领一种将电弧与激光束集成于一体的学基金、国家863、国防重点预研等项目[1-2]域具有重要的应用前景。新型焊接成形技术，能够弥补单一热20余项，在JournalofAppliedPhysics、JournalofPowerSource、ThinSolid然而，现有的高能束金属零件自源焊接的不足，具有焊接熔深大、工Films、SurfaceandCoatingTechnology、由增量制造技术存在成形效率不高、艺稳定性好、焊接速度快、变形小、间中国科学等国内外权威及核心重要杂志成本高、成形精度及性能可靠性不足隙桥接能力强等优点。上发表论文约200篇。的瓶颈问题。要克服上述技术瓶颈，

4、在增量制造方面，华中科技大学[8]需要研究寻找既能保持增量制造技张海鸥等开展了等离子体激光复增量制造技术在成形复杂形状术优势，又能吸收传统技术优点的复合直接成形的弧柱形态与成形特性高性能零件的制造方面独具特色，被合制造新技术，为难加工的复杂形状的研究，分析了激光的平均功率、脉认为有望引领第三次工业革命，目前高组织性能零件以及功能梯度材料冲宽度、脉冲频率、复合角度等对等正向着高功能、高性能材料复杂零件零件开辟新路径。离子弧形态与高温合金成形特性的直接制造方向发展，对制造业将产生本文为此阐述了业已出现的电影响规律，得到了激光对等离子弧形深远的影响。其中，金属零件增量制弧-激光复合热源制造

5、、熔积-铣削态有重要影响且可提高直接成形精造需求范围最广，也是其最重要的发复合制造、熔积-微轧复合制造技术度的结果。34航空制造技术·2015年第10期封面文章COVERSTORY但是，该技术相关的激光-等离加工实现零件或模具的高子电弧之间的相互作用机理、在线监精度增材快速成形，采用测、设备集成控制系统尚待更深入的该工艺进行了中空花瓶、研究。航空双扭叶轮（如图1所示）等复杂形状零件的直熔积-铣削复合直接制造[10-11]接制造。技术研究现状Karunakaran等开发了激光束、电子束、等离子束增量基于熔化极气体保护焊和制造技术，是基于离散/堆积原理，数控铣削的复合分层制造将原材料熔化

6、后直接沉积在基体上，系统，该系统采用三轴数通过准备好的CAD文件控制焊枪的控铣削实现了注塑模具的运动轨迹来实现不同形状和尺寸零快速制造。利用该系统制[1]件的直接成形。造的某注塑模具相比传统然而，采用上述金属零件直接快数控铣削加工，其制造时速制造技术，目前一般只能获得近终间减少了37.5%，制造成本图1　采用熔积-铣削成形技术一次性成形的[12-13]成形零件，尚未达到工业化生产所需降低了22.3%。双螺旋整体叶轮的尺寸和表面精度要求，大都需在成熔积铣削复合工艺中形结束后精加工。直接成形的金属通常熔积一层或数层，将造和轧制过程的分离并实现他们的零件因急冷凝固后使表面硬度增大熔积层上表

7、面铣削平整，再进行下一集成。基于上述考虑，华中科技大并有阶梯效应，导致加工困难；形状层的熔积，该工艺方法可有效解决熔学张海鸥等提出并且研究了熔融沉复杂的零件有时需多次装夹，致使加积层高度和宽度方向的不平整问题，积-连续轧制复合直接制造金属零[5][6]工时间长，甚至有时要占整个制造周为下一个熔积层的堆积创造了良好件的方法，已获国家发明专利，期的60%以上，使直接制造技术的的熔积条件，但熔积和铣削为分步串并申请国际发明专利，是提高制造[1]优势损失。因此，需