北京鋁合金零件加工廠（chǎng）金屬激光增材製造技術發-北京草莓视频深夜放毒精密機械科（kē）技有限公司

編者按：隨著金屬（shǔ）零件（jiàn）使用性能（néng）和結構複雜程度的提高，采用鑄造、鍛造等傳統工藝實（shí）施製造的難度、成本（běn）和周期迅（xùn）速增加。而兼具技術******性和資源經濟性的（de）激光增材製造（zào）（LAM）技術為高性能、複雜結構製造提供了新型解決方案（àn）。LAM技術屬於以激光（guāng）為能量源的增材製（zhì）造技術，能夠徹底改變傳統金屬零件的加工模（mó）式，是（shì）支（zhī）撐航空、航天、醫療等領域（yù）智能製造的關鍵基礎技術。

近期，中國工程院向巧院士科研團隊在中國工程院（yuàn）院刊《中國工程科學》撰文，係統梳理了國內外金屬LAM技（jì）術研究和應用的現狀與趨勢，分析了我國技術發（fā）展麵臨的差距，針對性提出我國LAM技術發展策略，以（yǐ）期為******科技與產業發展戰略、2035年領域發（fā）展目標的製定提供支持。文章指出，金屬LAM技術的關注點仍為組織性能調控，但形狀控製研究相對缺乏；為（wéi）滿足高質量製造的（de）亟需，相關設備的過程監控功能獲得高度重視；為提升高價值零件（jiàn）的製造能力與（yǔ）效率（lǜ），增減（jiǎn）材（cái）複合加工設備成為新增研發熱點；金屬激光增材（cái）製造產業的良性發展，需要實（shí）施包括材料、工藝、設備、驗證、標準、人員培（péi）訓在內（nèi）的全產業（yè）鏈整合。文章建議，在夯實研究基礎的同時，充分發揮材料（liào）基因組（zǔ）技術的作用，加強核心器件自主研（yán）發和裝（zhuāng）備集成的技術研究，穩步推進（jìn）金屬LAM技術的（de）工（gōng）程化普及應（yīng）用。

一、前言

激（jī）光增材製造（LAM）屬於以激光為能量源的增材製造技術，能夠徹底改變傳統（tǒng）金屬（shǔ）零件的加（jiā）工模式，主要分為以粉床鋪粉為技術（shù）特征的激光選區熔化（SLM）、以同步送粉為技術特征的激光直接沉積（LDMD）。目前LAM技術在航空、航天和醫療領（lǐng）域的應（yīng）用發展（zhǎn）***為迅（xùn）速。鑒於相關領域主要涉及（jí）金屬結構製造，本文重（chóng）點開展（zhǎn）金（jīn）屬LAM技術的（de）發展研究。

隨（suí）著金屬零件使用性能和（hé）結構複雜程度的提高，采用鑄造、鍛（duàn）造等傳統工藝實施製造的難度、成本和周期迅速增加（jiā），而兼具技術******性和資源（yuán）經濟性的（de）LAM技術為（wéi）高性能、複雜結構製造提供了新型解（jiě）決（jué）方案：實現拓撲優化結（jié）構、點陣結構、梯（tī）度（dù）材料結（jié）構、複雜內部流道結構等不再困難，結構功能一體化、輕量化、******韌、耐極端載荷、******散熱等新型結構得（dé）以應用，相應結構效能大幅提高。例如，美國（guó）通用電氣公司（GE）SLM航（háng）空發動機燃油噴嘴、北京航空航天大學LDMD飛機鈦合金（jīn）框是典型應用案例。

從當前國內外金屬LAM技術的發展情況來看，真正走（zǒu）向（xiàng）產（chǎn）業化的技術方向還屬少數，這是因為基礎理論積澱、關鍵技術突破、工（gōng）程化應用技術成熟度、技術（shù）研發商業化推廣等方麵在不同程（chéng）度上製約了LAM技術產業化應用（yòng）。目前（qián）國內外研究主要集中在控性研究，側（cè）重孔隙率、裂紋、組織特征、各向異性（xìng）等基（jī）礎研究。有關控形、檢測、產（chǎn）品標準等偏向產品（pǐn）研發的研究報道較少，這也表明金屬LAM整體上（shàng）處（chù）於（yú）從技術研究向產業應用過渡的發（fā）展階段。

本（běn）文通過文獻、現場和問卷調研，對金（jīn）屬 LAM 領域研究與應用的發展現狀和趨勢進行係統（tǒng）梳理，分析國內與國外、理論研（yán）究與應用需求的差距，提出產業化應用涉及的核心關鍵技術和瓶頸工藝，以（yǐ）期推動我國金屬 LAM 技術產業應用的發展。

二（èr）、金屬（shǔ）激光增材製造需求分析

LAM基於（yú）數模切片，通過逐層堆積來實現金屬零件的（de）近淨成形製造，尤其適（shì）合複（fù）雜形狀零件、梯度材質與性能構件（jiàn）、複合材料零件和難加（jiā）工材（cái）料零件的製造，在航空航（háng）天等******製造方向備受青睞。一方麵（miàn），相關（guān）零件外形複雜多變、材料性能要求高、難以加工且成本較高；另一方麵，新型飛（fēi）行器朝著高性能（néng）、長壽命、高可靠性（xìng）、低成本的方向（xiàng）發展，采用複雜、大型化的（de）整體結（jié）構成為設計亟需。

SLM成形的零件精度較高，但零（líng）件尺（chǐ）寸受（shòu）加（jiā）工室限製，故SLM主要用於（yú）小尺（chǐ）寸或中等尺寸的（de）複雜精密結（jié）構（gòu）******成形，相應產品結構的功能屬性一般大於承載屬性。為了滿（mǎn）足總體性能需求，航空發動機的燃油噴嘴（zuǐ）（具有（yǒu）複雜的內部（bù）油路、氣路（lù）和型腔）、軸承座、控（kòng）製殼體（tǐ）、葉片，飛機艙門支座、鉸鏈，輔助動力艙格柵結構進氣門、排氣門，衛星支（zhī）架等零（líng）件，需進行結構創新設計，成為SLM技術的適宜應用對象。

LDMD成形（xíng）的零件力學性能好，但（dàn）尺寸精度相對不高，主要用於中等尺（chǐ）寸或（huò）大尺寸複雜承力結構的製造（zào），相應（yīng）產品結構的承載屬（shǔ）性一般大於功能屬性。航空發動機各類機匣、壓氣（qì）機/渦輪整體葉盤等結構，形（xíng）狀較為複雜，為了提高效能甚至需采用異種或功能梯度材料結構。為了兼顧質量減輕和承載效（xiào）能提升，飛機接頭、起落架、承力框、滑輪架，高速飛行器機翼/空氣舵的格柵結構（gòu）承載骨架等承力構件，需進行結構拓撲優（yōu）化設計。這類結構（gòu）突出的（de）複雜（zá）性和製造難度，對LDMD技術提出了（le）明確需求。

此外（wài），飛機、發動機的某些（xiē）帶有（yǒu）局部凸台、耳片等特殊（shū）結構的承力構件，采用鍛造工藝將難以保證局部構型（xíng）和性能；大型（xíng）飛（fēi）機（jī）的超大規格鈦合金承力（lì）框已經超出現有（yǒu）鍛造設備的加工能力上限。這（zhè）對鍛造（zào）+增材製造/增材連接的複合製造技（jì）術（shù）提出了明確需求。

三、國外金屬激光增材製（zhì）造發展（zhǎn）現狀

相關企業采（cǎi）用真空感應氣霧化（VIGA）、無坩堝（guō）電極感應熔化氣體霧化（EIGA）、等離子旋（xuán）轉霧（wù）化（PREP）、等離子火炬（PA）等方法製備SLM用粉末，具有批（pī）量供貨能力（lì），占據了（le）全球主要市場。

LAM工藝研究的（de）關注點主要是組織性能調控，完成了較多有關SLM組織、缺陷、性能及（jí）其與工藝（yì）參數的關係研究。例如，對於不鏽鋼零件SLM，增（zēng）加激（jī）光功率、降低掃描速度均（jun1）有利於提（tí）高致密度；高的表麵粗糙度和孔隙率都會降低AlSi10Mg鋁合金SLM的耐腐蝕性（xìng）能，而形成的氧化膜（mó）可提高耐腐蝕性能；AW7075鋁合金SLM試（shì）樣內部（bù）產生垂直於（yú）增材方向的裂紋，而預熱鋁粉對裂紋控製無改善作用（yòng），內部裂紋導致疲勞壽命遠低於傳統（tǒng）工藝。

能量密度對Ti-6Al-4V鈦合金的SLM組織和缺陷存在明顯的影響：低能量密度造成片層狀的α+β相組織，容易引發氣（qì）孔和熔合不良現象；高能量密度（dù）造成針狀馬（mǎ）氏體α′組織，促（cù）進（jìn）鋁元（yuán）素偏聚和α2-Ti3Al相形成；沉積態Ti-6Al-4V合金疲勞強度比鍛件降（jiàng）低約80%；熱等靜壓可降低孔隙（xì）率並改善性能。對於（yú）CMSX486單晶合金SLM，低能量密度減少裂紋，高能量（liàng）密度降低孔隙率。CM247LC合金SLM縱截麵主要由（yóu）柱狀γ晶（jīng）粒組成，Hf、Ta、W、Ti偏聚增加了沉澱物和殘餘應力，造成零（líng）件（jiàn）內部開裂。IN738LC高溫合金SLM的微裂紋與（yǔ）Zr在晶界處富集偏析（xī）有關。適量添加Re可以細化IN718合金的樹枝狀（zhuàng）晶，但過量的Re對疲勞強度不利。SLM的Hastelloy-X合金經熱處理形成等軸晶，屈服強度降低；經熱等靜壓後抗拉強度恢複沉積態（tài）水平（píng），延伸（shēn）率可提高（gāo）15%。

對於金屬 LAM 工藝，國外開展了較多（duō）精細的（de）研究。據了解，德（dé）國設備商針對一種新材料進行 SLM工藝開發，需耗時 6~8個月，調整參（cān）數達70餘個。通過拓撲優化來實現結構輕量化設計也是SLM 應用研究的重點，國外（wài）對應提出了設計引導製造、功能性優先等新理念。還發展了特殊支（zhī）撐設計技術，使得製件與基（jī）板分離無需線切割，有效縮短了取（qǔ）件周期。

此外，金屬LAM標準研究和（hé）製定工作一直與技術應（yīng）用同步發展。2002年，美國發布了《退火Ti-6Al-4V鈦合金激光沉積產品》，隨後陸續頒布了19項相（xiàng）關標準，涵蓋產品退火和熱等靜壓製度、時效製度，製造過程消（xiāo）除應力退火製度等諸（zhū）多方麵。標準的及時形（xíng）成對（duì）LAM技術的產業應用發揮了基礎支撐作用（yòng）。

1995年，美國約翰斯·霍普金斯（sī）大學（xué）、賓夕法尼亞（yà）州（zhōu）立大學、MTS係統公司共同開發了基於大功率CO2激光器（qì）的（de）大尺寸鈦（tài）合（hé）金零件LDMD技（jì）術，沉積速率為1~2 kg/h，促成LDMD零件在飛機上的應（yīng）用。

LDMD技術研究主要包括（kuò）成形工藝和組織性能。美國桑（sāng）地亞（yà）******實驗室和（hé）洛斯·阿拉莫（mò）斯******實驗室製備的LDMD成形零件（jiàn），其（qí）力學性能接近甚至超過傳統鍛造零件。瑞士洛桑聯邦理工學院研究了單（dān）晶葉片LDMD修複過程的穩定性、零件精度、組織、力學性能與工藝參數的關係，形成的修複技術已獲得工程應用。

國外學者針對Ti-6Al-4V合金（jīn）的LDMD技術進行了深入研（yán）究，揭示了工藝參數和增材製造組織、力學性能之間的（de）聯（lián）係，闡明（míng）了工藝調整和熱等靜壓對組織、性能的調整作用。LDMD技術為（wéi）材料顯微組織控製提供了較大的（de）自由度：通過調節鎳基高溫（wēn）合金LDMD形核與生（shēng）長條件得到了符合預期的（de）單晶與多晶組（zǔ）織；美國******航空航天局（NASA）發展的混合沉積多種金屬於同一結構的LDMD技術（shù），可使零件（jiàn）性能隨部位不同而變化。德國企業將LAM技術與傳統切削加工方法進（jìn）行整合，可加工出傳統工藝難以製造的複雜形狀零件，且產品精度提高、表麵粗糙（cāo）度改善。

LAM技術推廣（guǎng）應（yīng）用的基礎是經（jīng）濟高效的LAM設備。SLM設備研製集中在德國、法國、英國、日本、比利時等******，LDMD設備（bèi）研製（zhì）******主（zhǔ）要有美國和德國等。

德國是SLM技術及設備研究起步***早的******，EOS公司推出的SLM設備具有一定的技術優勢，相關設備（bèi）應用（yòng）於GE公司LEAP航（háng）空（kōng）發動機（jī）燃油噴嘴（zuǐ）的加工製造（zào），通過監控增材製造過程來（lái）進一步（bù）提高製造產品的質量；Realizer GmbH公司的全方位設計（jì）、零件堆（duī）疊技術方案別具（jù）特色；Concept Laser公司的設備以（yǐ）構建尺寸大見長；SLM Solutions公司的激光技術和氣流管理技術處於領先位置。美國（guó）3D Systems公司依靠其專用粉末沉積係統的技術優勢，可以（yǐ）成形精密的細節特征。英國 Renishaw PLC公司在材料使用靈活性、更（gèng）換便（biàn）捷（jié）性方麵具有（yǒu）技（jì）術特色。

美國EFESTO公司（sī）在大尺寸金屬LAM方麵（miàn）具有技術優勢，所研製的LDMD設備工作室尺寸可達 1500 mm×1500 mm×2100 mm。美國（guó）Optomec公司推出的LDMD設備具（jù）有900 mm×1500 mm×900 mm的工作（zuò）室空間，配置了（le）5軸移動工作台（tái），***大成形速度為1.5 kg/h。德國企業提供的激光綜合加工係統也是主流的LDMD設（shè）備。

近年來（lái），增減材複合加工設備成為市場新熱點。日本DMG公司推出了配有2 kW激（jī）光（guāng）器、輔以5軸聯動數控銑床的LDMD設備，成形速度較普通粉床提（tí）高20倍，可（kě）在製造過程中銑削***終零（líng）件的不可達部位。日本Mazak公司推出的相關設備能夠進行5軸車銑（xǐ）複合加工，使用對象包括多棱（léng）體鍛件或鑄件、回轉體零件（jiàn）和複雜異形零件（jiàn）。

鈦合金LAM在航空領域取得重要應用。美國率先將LDMD鈦（tài）合金承（chéng）力零件用於艦載殲擊機；Carpenter技術公司采用高（gāo）強度的定製不鏽鋼進行增材製造，生產******的航（háng）空齒輪；F-22飛（fēi）機維修采用了SLM耐蝕（shí）支架，使得維修時間顯著縮短。英國成功（gōng）將LDMD技術應用於無人機的整體框架（jià）製造。

SLM技術在航（háng）空發（fā）動機的複雜零件製造方麵獲（huò）得廣泛應用。美國GE公司率先將SLM技術應用於（yú）高壓壓氣機的溫度（dù）傳感器外殼生產，產品獲得美國聯邦航空管（guǎn）理局（FAA）批準，配裝了超過400台GE90-40B航空發動機。GE公司LEAP係列航空發動機的燃油噴嘴同樣采用SLM技術進行生產（2020年具備44 000 個/年的生產能力）。美國普惠公司采用（yòng）SLM技術生產（chǎn）管道鏡套筒（tǒng），配裝了PW1100G-JM航空發動機。英國（guó）羅（luó）羅公司（sī）采用SLM製造了遄達XWB-97航空發動機（jī）的鈦合金前軸承組件（包含48個翼型導葉）。

2012年起，LAM技術獲得了航天飛行器製造（zào）方麵的應用。NASA采用LAM技術製造（zào）RS-25火箭發動機的彎曲接頭，在零件、焊縫、機械加工工序的（de）數（shù）量方麵相（xiàng）比傳統（tǒng）方法下降了約（yuē）60%；若（ruò）氫氧火箭發動機采（cǎi）用整（zhěng）體化設計和製造方（fāng）法，零件總數（shù）將下（xià）降80%。法國泰雷茲集團采用SLM技術製造了（le）Koreasat5A、Koreasat7通信衛星的測控天線支撐零件（鋁合金（jīn）），降（jiàng）低質量約22%，節省經費約30%。

LAM技術的推廣應用，加速（sù）了航空航天飛行器的結構拓撲優化和點陣結構設計。歐洲Astrium公司Eurostar E3000衛星平台的（de）遙測/遙控天線鋁合金安裝支架（jià），采用LAM進行整體製造後（hòu）降（jiàng）低質量約35%、提高結（jié）構剛度約40%。美國（guó）Cobra Aero公司（sī）與英國Renishaw PLC公司合作，完（wán）成了具有複雜（zá）點陣結構的發動機整體部件LAM製（zhì）造（zào）。此外（wài），增減材複合加工技術（shù）開始走向應用。維珍軌道公司（sī）（Virgin Orbit）使用增減材混合機床進行火（huǒ）箭發動機燃燒室零件製造與精加工，2019年完成了24次發動（dòng）機測試運行。

回顧國際上金屬LAM技術的發（fā）展過程，以產業發展牽引（yǐn）技術研究和設備開發，通過產業鏈（liàn）整合提高市場（chǎng）競爭力是重要的經驗。應（yīng）用企業關（guān）注自身產品的製造質量和生（shēng）產成本，作為技術發展的主體和***大受益者，由其來整合材料（liào）、工藝（yì）、設備、驗證、標準研（yán）究和人員培訓（xùn），可以更加高效地推動LAM產業的發（fā）展。例如，美國GE公司LAM產業應用居於************地位，主要歸因於產業鏈整合策略，收購了製造質量控製公（gōng）司和增材製造設備公司以加強LAM產業鏈條的完整性；產品製（zhì）造利用了遍布全球的300多台工業級製造設備。國外企業注重LAM產品（pǐn）製造方麵的人員培訓，如GE公司設有增材製造培訓中心，配置專門設備，每年可（kě）培訓數百名工程師（shī）。

四、國（guó）內（nèi）金屬激光增材製造發展現狀與差距分析（xī）

公司是一家（jiā）集精密機械零部件加工，北京不鏽鋼零件加工,北京鈦合金加工各類工裝夾具、治具、非標設備設計製造以及衝壓模具（jù）、注塑模具、橡膠模（mó）具加工（gōng）的專業廠家，是中（zhōng）國模具協會會員企業。

國內圍繞LDMD組（zǔ）織、缺陷、應力變形控製等完（wán）成了（le）較多的研究工作。北京航空航天大學發展了（le）鈦（tài）合金大型結構件（jiàn）LDMD內部缺陷和質量控製等關（guān）鍵（jiàn）技術。西（xī）北（běi）工業大學完成了飛機超大尺寸鈦（tài）合金（jīn）緣條的LDMD製造，成形精度和變形控製達到較高水平。沈陽（yáng）航空航天大（dà）學提出分區掃描成形方法，有效控製了LDMD過程零（líng）件變形和開裂。有研工程技術研究院（yuàn）有（yǒu）限公（gōng）司突破了葉盤（pán）和進氣道的TC11、TA15/Ti2AlNb異種材料界麵質量控製及複雜外形一體化控製難題，產品通過試驗考核。

國內針對SLM技術方向重點開展了形（xíng）狀尺寸、表麵粗糙度******控製等研究。西安鉑力特激光成形技術有限公司采用SLM方法加工的流道類零件***小（xiǎo）孔徑約為0.3 mm，薄壁零件的***小壁厚約為0.2 mm；零件整體尺寸精（jīng）度達到±0.2 mm，粗糙度Ra不大（dà）於3.2 μm。南（nán）京航空航天大學（xué）以SLM精密製造為主線，通過全流程控（kòng）製來（lái）提升零件綜合性能。西安交通大學將LAM應用於空心渦輪葉片、航天推進器、汽車零件等的製造。

中國航發北京航空材料研究院完成了LAM技術綜合（hé）研究：LDMD製造的鎳基雙合金渦輪整體（tǐ）葉盤通過超轉試驗考（kǎo）核，增材修複的伊爾（ěr）-76飛機（jī）起落（luò）架獲得批（pī）量應用；研製了LAM超聲掃查與評價（jià）係統，建立了檢測標準與對比試塊，評價和無損檢測技術成（chéng）果（guǒ）應用於飛機（jī）滑輪架、框架等裝機零件的批量檢測。

在SLM粉末方麵，國內產品基本滿（mǎn）足成形工藝要求（qiú）。中國科學院金屬研究所突破（pò）了（le）SLM用超細鈦合金和高溫合金粉末的潔淨化製備（bèi）技術，性能達到進口產品水平。西安歐（ōu）中材料科技有限公（gōng）司研製的鈦合金和高溫（wēn）合金粉末產品（pǐn）獲得工程應用。

國（guó）內的LDMD和SLM設備研發（fā）能（néng）力相對較強，獲得一定（dìng）份額的市場應用。西安鉑（bó）力特激光成形技術有（yǒu）限公司自主開發了SLM係列裝備、激光高性能修（xiū）複係列裝（zhuāng）備。南京中科煜宸激光技術有限公司研製了自動變焦同軸送粉噴頭、長（zhǎng）程送粉器、高效惰性氣體（tǐ）循環淨化箱體等核（hé）心器件，形成了金屬LDMD係列化裝備。此外，北京易加三（sān）維科技有限公司、北京（jīng）星航機電裝備有限公（gōng）司在工業級和小型金屬SLM設備小批量生產（chǎn），上海航天設備製造總廠有限公司在標準型和大幅麵（miàn）SLM設備（bèi）和機器人型LDMD設備研製等方麵均取得（dé）了良好進（jìn）展（zhǎn）。

LDMD主要應用於（yú）承力結構製造。北京航空（kōng）航天大學製造的主承力框、主起落架等部件獲得了航（háng）空航天飛行器、燃氣渦輪發動機等裝備（bèi）應（yīng）用。航空工業沈陽飛機設計研究所通過工程化應（yīng）用驗證來促進LDMD技術成熟度提升，實現（xiàn）了8種金屬材料（liào）、10類結構件（jiàn）的飛行器應（yīng）用。航空工業******飛機設計（jì）研究院實現了大型飛機外主（zhǔ）襟翼（yì）滑（huá）輪架、尾翼方向舵支臂LDMD零件的裝機應（yīng）用。北京（jīng）機電工程研究所實（shí）現了（le）大尺寸薄壁骨架艙段結構的LDMD製造及（jí）應用（yòng）。

SLM主要應用於複（fù）雜形狀零件製造。在航空領域，中國航空（kōng）製造技術研究院實現了SLM產品裝機應（yīng）用；航（háng）空工業成都飛機（jī）設計研究所在飛（fēi）機上使用了SLM輔助動力艙格柵結構進/排（pái）氣門；航空工（gōng）業直升機設計研究所在通風格柵結構、淋雨密封結構、進氣（qì）道（dào）多腔體結構等方麵實現（xiàn）了SLM零件裝機（jī）應用。在航天領域（yù），上海航天設備（bèi）製（zhì）造（zào）總廠有限公司的貯箱間斷支架、空間（jiān）散熱器、導引（yǐn）裝置等SLM產品獲得裝（zhuāng）機應用；北京星航機電（diàn）裝備有限公司的艙段類結構件、操縱麵等SLM產品通過地麵試驗及飛行試驗驗證；北京機電工程研究所（suǒ）實現了小型複雜零件的SLM製造，操（cāo）縱麵、支架等產品的技術成（chéng）熟度達到5級；鑫精合激光科技發展（zhǎn）（北京）有限公司應用SLM製造了大尺寸薄壁（bì）鈦合金點陣夾層結構件（集熱窗框），滿（mǎn）足了深空探測飛行器的嚴（yán）格技術（shù）要（yào）求。

此外，西安鉑力特激光成形技術有限公司（sī）利用SLM技術，每年可（kě）為航空航天領域提供8000餘件零件；華（huá）中科技大學通過（guò）增減材複合加工方式製（zhì）造了（le）具有（yǒu）隨（suí）形冷卻水（shuǐ）道的梯度材料模（mó）具，獲得了較多的行業應用。

國內LAM專用材料的設計（jì）理論和方法體係尚顯薄弱，專用材料（liào）設計工作少而分散。材料（liào）基因組技術縮短研發周期並（bìng）降低研（yán）發成本（běn），在國外相關材料設計方麵取得了成（chéng）功應用。國內在材料基因組技術的研究（jiū）以及用於提高（gāo）LAM專用材料性能（néng）等方麵的基礎較為薄弱。

在（zài）粉末製備方麵，國內真空氬氣霧化製粉技術相對成熟，製（zhì）備的不鏽（xiù）鋼、鎳基合金類粉末性能基本滿足成形工（gōng）藝（yì）要求。但在鈦合金、鋁（lǚ）合金超細粉末製（zhì）備方麵存在不小差距，主要（yào）問題是（shì）粉末球形（xíng）度差、細粉收得率低，不能滿足 SLM 成形要求，使得（dé）實際應用仍依賴進口。

我國與（yǔ）美國、德國等（děng）LAM技術強國的差距主要在於工藝裝備。國內應用的SLM設備較多依賴德國進口，而大（dà）尺寸工程應用的SLM設（shè）備主要依靠進口（kǒu）。國內企業在激光（guāng）器（qì）、振鏡等核心部件方麵（miàn）缺乏自研能力，國產設備的加工尺寸、穩定性、加工精度亟待提升，有關（guān）粉（fěn）末流態、熔池狀態等過程監控與成形（xíng）的國產控製軟件不（bú）夠完善。

隨著渦輪發動機、飛機等（děng）重要裝（zhuāng）備用材的使用性能不斷提高，材料工藝性出現（xiàn）了下降。國內對航空主幹材料的LAM工藝研究不足，未能形成應力變形、開（kāi）裂控（kòng）製等有效方法，製件（jiàn）內部組（zǔ）織（zhī）缺（quē）陷的問題尚未得到根治，製件力學性能均勻一致性、批次穩定性欠佳。而******航空發動機、高速飛行（háng）器所需的超高溫結構材料的LAM工藝研究（jiū）更為欠缺。

4.產品（pǐn）尺寸精度和（hé）表麵粗（cū）糙度不滿足技術要（yào）求

LDMD飛機結構件一般留有加工餘（yú）量，尺寸精度和表麵粗糙度不一定是關鍵製約因素。然而（ér）渦輪發動機零件多為帶內部流道、空腔的複（fù）雜結構零件，相應SLM成形尺寸（cùn）精度約為0.1 mm、表麵粗糙度Ra約為6.3，尚（shàng）與精密鑄件存在差距。相關產品還麵臨著成形、內表麵加工等技術研究不足的問題。

現階段我國LAM行業麵臨的共性（xìng）問題是缺少質量（liàng）控製標準，使得在金屬LAM產品的設計、材（cái）料、工（gōng）藝、檢測、組織性能、尺寸精（jīng）度等方（fāng）麵缺乏驗收依據。作為零件應（yīng）用基礎的無損檢測、力學性能、冶金圖譜（pǔ）等基（jī）本數據，由於缺乏整理而致使產品標準（zhǔn）製（zhì）定困難、產業化應用推廣保（bǎo）障不足。

五（wǔ）、我國金屬激光增材製造關鍵技術分析

開展具有自主知識產權核心器件研製，重點在於提高處（chù）理器、存儲器（qì）、工業控製器、高精度傳感器、數（shù）字/模擬轉換器等基礎器件質（zhì）量（liàng）性能，開展工藝裝備核心器件、關鍵（jiàn）部件（jiàn）的設計與製造；研發高光束質（zhì）量激光器及光束（shù）整形係（xì）統，大功率激光掃描振鏡、動態聚焦鏡等精密光學器件，高精度噴嘴加工頭等核心部件。

突破數據設計、數據處理、工藝庫、工藝分析及工藝智能規劃（huá）、在線檢測與監測係統、成形（xíng）過程自適應智（zhì）能控製等（děng）方麵的軟件技術，構建具有（yǒu）自主知識產權的LAM核（hé）心支撐軟件體係。

發展遠離平衡條件的專用材料高通量技術模（mó）型，開發適用於高通（tōng）量計算的多尺度模擬算法。研（yán）究（jiū）成分和組（zǔ）織結構微區可控的粉體材料製備技術，通過高通量實驗來建立材料基因數據庫。通過（guò）高（gāo）通量計算、實驗、數據庫的協同，快速研發具有優異性（xìng）能的LAM專用（yòng）材料。

針（zhēn）對若（ruò）幹關鍵材料及典型（xíng）零件，開展LAM控性、控形共性關鍵技術、零件工程化應用的研究。掌握零件生產（chǎn）製造過程中影響（xiǎng）***終質量的因素和解決措施（shī），形（xíng）成（chéng）工程可用的LAM技術體係，涉及原材料控製、工藝設備、成形工藝、熱處理、機械加工、表麵處理、無損檢測和驗（yàn）證試驗等。重視LAM零件的均勻一致（zhì）性（xìng）和（hé）批次穩（wěn）定性，契合工程實際應（yīng）用需求。

六、結語

為了在金（jīn）屬LAM技術（shù）及其（qí）工程應用（yòng）方麵迎（yíng）頭趕上，我國LAM的發展應遵循技術–產品–產業的客觀規律，夯實組織性能控製技術基礎，補齊核心設備在硬件/軟件研發與集成方麵的短板，強化產品質量控製、標準和驗證，穩步推進產業化應用。

（1）夯實激光增材製造（zào）研究基礎，發揮高等院校和科研院（yuàn）所的技術探索（suǒ）與攻關能力。由工業部門或應用單位牽頭開展產品LAM工藝開發和性能驗證，本著先易後難（nán）原（yuán）則，由常規金屬逐步向金屬間化合物、铌–矽超高溫（wēn）合金等******材料方向拓展。

（2）有序推進（jìn）工（gōng）程化應用（yòng）研究。先期在航空、航天領域選取代表性產品開展LAM質量控製、標準和驗證工作，盡快實現產品量產和工程應用；隨（suí）後（hòu）逐步向（xiàng）結構複雜、工況苛刻、加工性差的高價值（zhí）產品拓展，在核工業、兵器、汽車、電力裝備等******製造領（lǐng）域推廣應用。

（3）紮實開展LAM產品（pǐn）質量控製標準研究與（yǔ）製定。積累有關LAM的缺陷無損檢測、力學性能、冶金圖（tú）譜、疲勞（láo）壽命等基本數據，確定材（cái）料、工藝、無損檢測、組織（zhī）與力學性能、尺寸（cùn）精度、表麵粗糙度等（děng）方麵驗收依據，製定我國LAM產（chǎn）品（pǐn）技術標準。

（4）結合工業實際需求，在高等院校、職業（yè）技術學院增（zēng）設LAM相關專業，為企業培（péi）養專業（yè）技術（shù）和技能人才（cái）。在優勢技術企業內設立LAM培訓中心，對我國諸多行業的（de）設計人員、工藝人員和設備（bèi）操作人員進行（háng）專項培訓，從而為LAM產業發展提供智力支持。

北京鋁合金零件加工廠金屬激光增材製造技術（shù）發

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