激光選區(qū)熔化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展！

激光選區(qū)熔化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展：

       在金屬3D打印中，利用激光熔覆成形技術(shù)不僅可在無模具的情況下生產(chǎn)出性能較好的復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件，同時(shí)還可在低成本鋼板上涂覆具有特殊性能的合金，替代整體合金，起到節(jié)約貴重、稀有金屬材料的作用。在金屬零部件修復(fù)方面，該技術(shù)也可應(yīng)用于消除某些具有特殊、復(fù)雜形狀和較大體積零件的制造缺陷，以及修復(fù)誤加工導(dǎo)致的零件損傷。激光熔覆成形的材料體系包括鎢基合金、鈦合金、不銹鋼、鎳基合金等。在航空航天工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用鈦合金的激光熔覆成形技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，已經(jīng)在向?qū)嶋H工程應(yīng)用階段轉(zhuǎn)換；而在其他工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用不銹鋼鎳基合金等傳統(tǒng)材料的激光熔覆成形技術(shù)還需要克服在材料特性、組織性能調(diào)控、成形缺陷控制等方面的一些問題。

1. 制備鈦合金表面復(fù)合材料層

       中國(guó)研究人員對(duì)TC4表面絲粉同步激光熔覆制備金屬基表面復(fù)合材料進(jìn)行了研究。選取TC4ELI絲材及單晶WC晶粒，通過同軸送入WC顆粒，旁軸添加與基材同質(zhì)絲材的方式制備復(fù)合材料層。絲粉同步添加可以調(diào)節(jié)鈦基體與WC增強(qiáng)相制件的比例，提高TC4的耐磨損性能。典型的激光熔覆成形(采用送粉方式)再制造零件包括坦克凸輪軸、重載汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸蓋及滲碳齒輪、中錳抗沖擊耐磨件、高速列車車軸、大型壓縮機(jī)葉輪及軸件等。

最具代表性的是某國(guó)Aero Met公司利用其開發(fā)的商品化的Lasform SM系統(tǒng)，為某國(guó)的F22戰(zhàn)斗機(jī)F/A-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)、C-17運(yùn)輸機(jī)等生產(chǎn)了各類激光熔覆成形的鈦合金構(gòu)件,這些構(gòu)件不僅在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)加工工藝條件下制造的構(gòu)件，而且其制造成本降低了40%，生產(chǎn)期縮短了80%。

       目前我國(guó)各科研單位在這方面也取得了不錯(cuò)的成果，如北京航空航天大學(xué)王華明教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，利用激光熔覆成形工藝制備出的飛機(jī)鈦合金次承力結(jié)構(gòu)件性能達(dá)到模鍛件水平，在許多關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用上取得巨大突破，成功實(shí)現(xiàn)飛機(jī)上的裝機(jī)應(yīng)用，我國(guó)因而成為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)實(shí)現(xiàn)激光熔覆成形鈦合金結(jié)構(gòu)件在飛機(jī)上實(shí)際裝機(jī)應(yīng)用的國(guó)家。此外,西北工業(yè)大學(xué)、北京有色金屬研究總院、中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所等一大批科研單位也為激光熔覆成形關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)做出了巨大貢獻(xiàn)。

2. 制備梯度功能材料

       梯度功能材料是一種化學(xué)成分和組織性能呈梯度過度變化的材料，可根據(jù)不同性能要求在不同部位獲得所需要的組織和成分。某國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室利用其自行開發(fā)的激光熔覆成形系統(tǒng)(該系統(tǒng)采用五軸數(shù)控機(jī)床，可以同時(shí)輸送四種不同粉末)，通過控制不同粉末成分比例實(shí)現(xiàn)了功能梯度材料和懸臂零件的制造,樣件精度達(dá)到0.12mm,表面粗糙度達(dá)10μm。Mazumde等人利用激光熔覆成形技術(shù)制造出Cu/Ni、Ni/Cr梯度功能件。西北工業(yè)大學(xué)利用激光熔覆成形技術(shù)制備出具備梯度功能的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪，大大提高了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪的使用壽命，并分別制備了Ti60-Ti2Al-Nb和Ti-Ti2AI-Nb功能梯度材料，研究了不同材料組織與相演變的關(guān)系。

3. 制造模具

       模具的大部分冷卻通道都在模具內(nèi)部，形狀比較復(fù)雜,采用傳統(tǒng)的加工方法加工效率低，制造成本高并且加工質(zhì)量難以保證，而激光熔覆成形技術(shù)則克服了這些缺點(diǎn)，可以制造出內(nèi)部具有復(fù)雜冷卻通道的模具,加快模具散熱，減小零件的變形，同時(shí)也可提高零件的生產(chǎn)效率，為模具的快速制造提供了新的思路。

       此外，激光熔覆成形技術(shù)由于其獨(dú)特的成形原理，能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，能夠制備出致密和/或多孔的制件,在生物醫(yī)用器械、人工肢體及骨骼、關(guān)節(jié)功能替代植人體制造方面有巨大的應(yīng)用潛力。