激光選區(qū)熔化技術的應用與發(fā)展！

激光選區(qū)熔化技術的應用與發(fā)展：

       在金屬3D打印中，利用激光熔覆成形技術不僅可在無模具的情況下生產(chǎn)出性能較好的復雜結構金屬零件，同時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。在金屬零部件修復方面，該技術也可應用于消除某些具有特殊、復雜形狀和較大體積零件的制造缺陷，以及修復誤加工導致的零件損傷。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)領域，應用鈦合金的激光熔覆成形技術已經(jīng)相當成熟，已經(jīng)在向?qū)嶋H工程應用階段轉(zhuǎn)換；而在其他工業(yè)領域，應用不銹鋼鎳基合金等傳統(tǒng)材料的激光熔覆成形技術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. 制備鈦合金表面復合材料層

       中國研究人員對TC4表面絲粉同步激光熔覆制備金屬基表面復合材料進行了研究。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)絲材的方式制備復合材料層。絲粉同步添加可以調(diào)節(jié)鈦基體與WC增強相制件的比例，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)動機鑄鐵缸蓋及滲碳齒輪、中錳抗沖擊耐磨件、高速列車車軸、大型壓縮機葉輪及軸件等。

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

       目前我國各科研單位在這方面也取得了不錯的成果，如北京航空航天大學王華明教授所帶領的團隊，利用激光熔覆成形工藝制備出的飛機鈦合金次承力結構件性能達到模鍛件水平，在許多關鍵技術的應用上取得巨大突破，成功實現(xiàn)飛機上的裝機應用，我國因而成為繼美國之后世界上第二個實現(xiàn)激光熔覆成形鈦合金結構件在飛機上實際裝機應用的國家。此外,西北工業(yè)大學、北京有色金屬研究總院、中國科學院沈陽自動化研究所等一大批科研單位也為激光熔覆成形關鍵技術的攻關做出了巨大貢獻。

2. 制備梯度功能材料

       梯度功能材料是一種化學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LosAlamos國家實驗室利用其自行開發(fā)的激光熔覆成形系統(tǒng)(該系統(tǒng)采用五軸數(shù)控機床，可以同時輸送四種不同粉末)，通過控制不同粉末成分比例實現(xiàn)了功能梯度材料和懸臂零件的制造,樣件精度達到0.12mm,表面粗糙度達10μm。Mazumde等人利用激光熔覆成形技術制造出Cu/Ni、Ni/Cr梯度功能件。西北工業(yè)大學利用激光熔覆成形技術制備出具備梯度功能的渦輪發(fā)動機葉輪，大大提高了渦輪發(fā)動機葉輪的使用壽命，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則克服了這些缺點，可以制造出內(nèi)部具有復雜冷卻通道的模具,加快模具散熱，減小零件的變形，同時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，激光熔覆成形技術由于其獨特的成形原理，能夠?qū)崿F(xiàn)個性化設計和生產(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、關節(jié)功能替代植人體制造方面有巨大的應用潛力。