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传统零件制备工艺主要是减材制造。从一块原材料开始，通过切割、钻、铣削等机械工艺方式去除部分材料，从而获得一个三维物体形态，这个过程中材料的利用率较低。而增材制造通过极小单位的原材料的叠加产生三维物体形态，虽然后期也可能通过再加工产生废料，但总体来说对材料的浪费是很少的。这在原型制作以及小批量生产上明显优于传统减材技术。
激光增材制造技术是一种基于离散/ 堆积成形思想的新型制造技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等新技术而发展起来的先进产品研究与开发技术。其基本过程是将三维模型沿一定方向离散成一系列有序的二维层片；根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成形机制造一系列层片并自动通过激光熔敷、烧结、沉积等将它们联接起来，得到三维物理实体。这样将一个物理实体的复杂三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，且成形过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的复杂程度无关。该技术的主要特点有：高柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；成形过程无需专用夹具或工具；无需人员干预或只需较少干预，是一种自动化的成形过程；成形全过程的快速响应，适合现代激烈的产品市场。
尤其是金属零件，其主要采用激光增材制造技术，以高功率或高亮度激光为热源，逐层熔化金属粉末，直接制造出任意复杂形状的零件。其主要方法有：
1、激光直接沉积增材制造技
该技术可追溯到20 世纪70 年代末期的激光多层熔覆研究，但直到20世纪90年代，国内外众多研究机构才开始对同轴送粉激光快速成形技术的原理、成形工艺、熔凝组织、零件的几何形状和力学性能等基础性问题开展大量的研究工作。
激光直接沉积技术为航空航天大型整体钛合金结构制造提供一种短周期、高柔性、低成本手段。为了提高结构效率、减轻结构重量、简化制造工艺，国内外飞行器越来越多地采用了大型整体钛合金结构。与锻压- 机械加工传统制造技术相比，激光直接沉积增材制造技术具有以下特点：无需零件毛坯制备，无需锻压模具加工，无需大型或超大型锻铸工业基础设施及相关配套设施；材料利用率高，机加工量小，数控机加工时间短；生产制造周期短；工序少，工艺简单，具有高度的柔性与快速反应能力；采用该技术还可根据零件不同部位的工作条件与特殊性能要求实现梯度材料高性能金属零件的直接制造。
激光直接沉积技术还可以为航空航天、工模具等领域高附加值金属零部件的修复提供一种高性能、高柔性技术。由于工作环境恶劣，飞机结构件、发动机零部件、金属模具等高附加值零部件往往因磨损、高温气体冲刷烧蚀、高低周疲劳、外力破坏等因素导致局部破坏而失效。另外，零件制造过程中误加工损伤是其被迫失效的另一重要原因。若这些零部件被迫报废，将使制造厂方蒙受巨大的经济损失。与传统热源修复技术相比，激光直接沉积技术因激光的能量可控性、位置可达性高等特点逐渐成为其关键修复技术。
2、激光选区熔化增材制造技术
激光选区熔化技术是由德国Frauhofer研究所于1995年提出，在金属粉末选择性烧结基础上发展起来的。2002年该研究所在激光选区熔化技术方面取得巨大成就，可一次性地直接制造出完全致密性的零件。
随着高亮度光纤激光的出现，国外金属粉末选区熔化激光精密增材成形技术发展突飞猛进。譬如，德国EOS GmbH 公司新开发的激光选区熔化设备EOSINT M280 采用束源质量高的Yb 光纤激光器，将激光束光斑直径聚焦到100μm，大幅提高激光扫描的速度，减少成形时间，其成形零件性能与锻件相当。
激光选区熔化技术可直接制成终端金属产品，省掉中间过渡环节；零件具有很高的尺寸精度以及好的表面粗糙度（Ra 为10~30μm）；适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构、用传统方法无法制造的复杂工件；适合单件和小批量复杂结构件无模、快速响应制造。2009 年以来，中航工业北京航空制造工程研究所通过与国际著名激光粉末烧结设备制造商——德国EOS 公司的技术交流，自主开发建立激光选区熔化增材制造技术平台，研制出一些典型金属结构件，其TC4 钛合金力学性能与锻件相当，但仍受到层片扫描轨迹优化设计、应力及变形协调控制等基础问题制约。
激光增材制造其实质就是CAD软件驱动下的激光三维熔覆过程。所以其不仅可实现激光熔覆制备耐磨涂层和功能梯度材料，而且可修复高附加值的金属件和直接制造任意复杂结构的金属零部件。随着其成形工艺和装备不断地成熟和提高，成形材料从钛合金、镍基合金、不锈钢、钴铬合金等成熟材料种类，不断推出新材料。通过拓扑优化设计结构，激光选区熔化技术可制造出大幅减轻重量的航空航天金属结构件。目前，金属零件激光增材技术面临的主要挑战包括成形过程应力及变形、材料组织及性能控制、质量检测及标准建立等。
产品创新是我国制造行业可持续发展的基础，而金属零件的激光快速成形技术对新产品的开发速度和重要零部件的再制造将起到十分重要作用。金属零件激光增材制造技术开创了一个崭新的设计、制造概念。它以相对低的成本、高速造型、可修改性强的特点，独特的工艺过程，为提高产品的设计质量、降低成本、缩短设计及制造周期，为将产品尽快推向市场提供了有效的方法，尤其适合于形状复杂的零件。
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金属材料激光增材制造技术 孙峰、李广生 金属材料增材制造技术是通过对CAD模型进行离散处理，以金属粉末、颗粒、金属丝材等为原材料，采用高功率激光束熔化/快速凝固逐层堆积生长，直接从零件数模完成高性能零件的近终成形制造。 金属材料增材制造技术，可分为以送粉为技术特征的激光沉积制造（Laser Deposition Melting，LDM）技术和以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。 LDM技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息规划的扫描路径，将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。 LDM系统主要包括：激光器及光路系统、水冷机及冷却系统、数控机床系统、送粉器及送粉系统、惰性气体保护系统、激光熔化沉积腔及工艺监控系统等。 图1LDM激光沉积制造技术 LDM技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点： （1）无需大型设备与模具，零件近净成形，材料利用率高；工艺流程、制造周期短，制造成本低； （2）零件无宏观偏析，组织细小、致密，力学性能达到锻件水平； （3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造； （4）激光束能量密度高，可实现难熔、难加工材料的近净成形； （5）可对失效和受损零件实现快速修复，并可实现定向组织的修复与制造。 主要缺点： （1）制造成本较高；
（2）制造效率较低； （3）制造精度较差，悬臂结构需要添加相应的支撑结构。 SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。 SLM系统主要由激光器及光路系统、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4部分组成。 图2SLM激光选区熔化制造技术 SLM技术具有以下优点： （1）原材料范围广，包括不锈钢、高温合金、钛合金、钴-铬合金及难熔金属等； （2）成形零件精度高，表面稍经打磨、喷砂等简单后处理即可达到使用精度要求； （3）复杂零件制造工艺简单，周期短，材料利用率高； （4）成形零件的力学性能良好，一般力学性能优于铸件，与锻件相当； （5）适合多孔零件的制造，实现零件的轻量化的需求。 主要缺点： （1）层厚和光斑直径很小，导致成形效率很低；
金属材料在增材制造技术中的研究进展 胡 捷，廖文俊，丁柳柳，胡 阳 （上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海２００ ０７０）摘要 对金属材料在增材制造技术研究中的发展史进行了概述，并分类描述了不同的成形机制。重点详细介绍了增材制造技术领域内各类金属材料的研究进展，种类涵盖到钛合金、镍合金、钢、铝合金和硬质合金等材料。最后提出行业应该更注重“政用产学研”五位一体化，以市场为导向，逐渐形成一系列金属材料的增材制造工艺方法及标准。 关键词 增材制造 钛合金 镍合金 钢中图分类号：ＴＧ１４ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ＨＵ Ｊｉｅ，ＬＩＡＯ Ｗｅｎｊｕｎ，ＤＩＮＧ Ｌｉｕｌｉｕ，ＨＵ Ｙａｎｇ （Ｃｅｎｔｒａｌ Ａｃａｄｅｍｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７０）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ，ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ，ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ，ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ，ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｓ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ，ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ，ｓｔｅｅｌ 胡捷：男，１９８８年生，硕士，工程师，研究方向为金属材料的制备和加工 Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｊｉｅ３＠ｓｈａｎｇ ｈａｉ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ．ｃｏｍ０ 引言 增材制造技术， 顾名思义，是指运用离散－堆积的方法将材料一点一点地增加起来的加工技术，主要工艺流程如图１所示 。 图１ 增材制造的工艺流程 Ｆｉｇ．１ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ早期的增材制造技术主要为原型制造， 用于快速响应产品的外观设计，所用材料包括树脂和塑料。随着市场需求的不断提高，增材制造技术不能仅仅满足于外观要求，还必须 逐渐向制造功能件方向转变，由此关于金属材料的研究便不曾间断。 在２０世纪９０年代中期，美国联合技术研究中心（ＵＴＣ）与桑地亚国家实验室（Ｓａｎｄｉａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）合作开发了激光工程化近成形制造技术（Ｌａｓｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｎｅｔ ｓｈａ－ｐｉｎｇ ，ＬＥＮＳ），该技术使用了Ｎｄ∶ＹＡＧ固体激光器和同步粉末输送系统，用于金属零件的近形制造和局部修复。与此同时，瑞典的Ａｒｃａｍ公司基于电子束熔炼快速制造技术（Ｅ－ｌｅｃｔｒｉｃ ｂｅａｍ ｍｅｌｔｉｎｇ ，ＥＢＭ）发展出金属材料“自由成形技术”（Ｆｒｅｅ ｆｏｒｍ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＦＦＦ），可直接由金属粉末生成完全致密零件；国内西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东教授突破了快速原型制造的界限，发展出激光立体成形技术（Ｌａｓｅｒ ｓｏｌｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ，ＬＳＦ），获得了形状较为复杂的金属零部件。随后，美国Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ国家实验室开发了直接光学制造（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｌｉｇ ｈｔ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＤＬＦ）的金属零件快速成型；美国Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ和Ｃａｒｎｅｇｉｅ Ｍｅｌｌｏｎ Ｕｎｉ－ｖｅｒｉｓｉｔｙ合作开发了形状沉积制造技术（Ｓｈａｐ ｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＳＤＭ）；美国密西根大学研究开发了直接金属沉积技术（Ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｄｅｐ ｏｓｉｔｏｎ，ＤＭＤ）；德国弗朗和夫研究所（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）开发了控制金属堆积技术（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｍｅｔａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ，ＣＭＤ）；英国Ｂｉｒｍｉｎｇ ｈａｍ大学的吴鑫华教授提出了受控激光制造技术（Ｄｉｒｅｃｔ ｌａｓｅｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）等［１－４］ 。如今，在国内以金属激光熔覆（Ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ，ＬＣ）、金属材料选区激光熔化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ ，ＳＬＭ）或烧结（Ｓｅ－ｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ，ＳＬＳ）技术占据市场主导地位，ＳＬＳ技· ９５４·金属材料在增材制造技术中的研究进展／胡 捷等
在上个世纪，增材制造( Ad di ti ve M a nu fa ct ur in g，A M) 的 概念得到了显著的发展。依据美国试验材料学会(A me ric a n S o ci et y f or Te sti n g a nd Ma te ri als，A ST M) 的定义: 增材制造技术不同于传统的减法加工过程，是基于材料的增量制造，利用3D数据模型，将材料一层一层连接起来制造物体的过程。由于增材制造技术具有设计和制造一体化、加工精度高、制造周期短，产品物理化学性能优异等特点，美国《时代周刊》将增材制造列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。 金属材料增材制造技术作为整个增材制造体系中最具前沿和难 度的技术，是先进制造技术的重要发展方向。对于金属材料增材制造技术，按照热源类型的不同主要可分为激光增材制造、电子束增材制造、电弧增材制造等。其中激光增材制造(L ase r A d di ti ve M an uf act u ri ng，LA M) 技术是一种兼顾精确成形和高性能成形需求的一体化制造技术，也是目前金属增材制造最可靠和可行的方法。国内外增材制造的研究也主要集中在激光增材制造技术，本文在总结增材制造的发展历史基础上，重点介绍了激光增材制造的原理、激光选区熔化成形技术和直接沉积技术的发展现状，为激光增材制造在国内各个领域的应用提供支持。一、增材制造的发展历史 1983 年，美国科学家查尔斯·胡尔(Ch ar le s Hu ll) 发明光固化成形技术( st ere o l it ho gr ah y App e ar an ce，SL A) 并制造出全球首个增材制造部件。1986 年，查尔斯·胡尔获得了全球第一项增材制造专利，同年成立3D S ys t em s公司。1987 年，3D S y st em s 发布第一台商业化增材制造设备-快速成型机立体光刻机SL A-1，全球进入增材制造时代。1986年，美国的M i ch ae l F e yg in，首次提出了分层实体制造( L a mi na te d Ob je ct M a nu fa ct ur in g，LO M) 技术。1988年，美国S tr at asy s 公司首次提出熔融沉积成型技术( F us ed D epo s it io n M od el in g，F DM) 。1989 年，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的De ck ar d 提出激光 选区烧结( Se le ct i ve L as er S in te r i ng，SL S) 。1995年， 德国Fr au-ho fe r 应用研究促进协会IL T 激光技术研究所的 D r.W il-he lm M ein e rs 等在金属粉末选择性烧结基础上提出激光选区熔化成形技术( S el ec ti ve L as e r M el ti ng，S LM) 。1998 年，美国Sa nd ia 国立实验室将选择性激光烧结工艺SL S 和激光溶覆工艺( La ser Cl ad di ng) 相结合提出激光工程化净成型(L a s e r E n g i n e e r e d N e t S h a p i n g，L E N S)。1990年至现在，增材制造技术实现了金属材料的成型，进入了直接增材制造阶段，相距出现了电子束选区熔化(E BSM)、电子束自由成形制造技术( El ec tr on B eam Fr ee- fo rm Fa br i ca ti on，EB F)、等离子增材制造技术(I on Fu s io n Fo r ma ti on，I F F) 电弧增材制造( Wi r e A r c A dd it iv e Ma nuf a ct ur e，WA AM)等一系列制造工艺。2013年，美国麻省理工大学研发了四维打印技术( Fo ur D i- m ens i on al
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增材制造（3D打印）技术国内外发展状况 --西安交通大学先进制造技术研究所2013-07-09 一、概述 增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除（切削加工）技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。自上世纪80年代末增材制造技术逐步发展，期间也被称为“材料累加制造”（Material Increse Manufacturing）、“快速原型”（Rapid Prototyping）、“分层制造”（Layered Manufacturing）、“实体自由制造”（Solid Free-form Fabrication）、“3D打印技术”（3D Printing）等。名称各异的叫法分别从不同侧面表达了该制造技术的特点。 美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会对增材制造和3D打印有明确的概念定义。增材制造是依据三维CAD数据将材料连接制作物体的过程，相对于减法制造它通常是逐层累加过程。3D打印是指采用打印头、喷嘴或其它打印技术沉积材料来制造物体的技术，3D打印也常用来表示“增材制造”技术，在特指设备时，3D打印是指相对价格或总体功能低端的增材制造设备。 增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且越是复杂结构的产品，其制造的速度作用越显着。近二十年来，增材制造技术取得了快速的发展。增材制造原理与不同的材料和工艺结合形成了许多增材制造设备。目前已有的设备种类达到20多种。这一技术一出现就取得了快速的发展，在各个领域都取得了广泛的应用，如在消费电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息、艺术设计等。增材制造的特点是单件或小批量的快速制造，这一技术特点决定了增材制造在产品创新中具有显着的作用。 美国《时代》周刊将增材制造列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”，认为该技术改变未来生产与生活模式，实现社会化制造，每个人都可以成为一个工厂，它将改变制造商品的方式，并改变世界的经济格局，进而改变人类的生活
1.增材制造技术的优点 （1）自由成型制造； （2）制造过程快速； （3）添加式和数字化驱动成型方式； （4）突出的经济效益； （5）广泛的应用领域。 2.增材制造技术国内外发展现状 国外发展现状 1 欧美发达国家纷纷制定了发展和推动增材制造技术的国家战略和规划，增材制造 技术已受到政府、研究机构、企业和媒体的广泛关注。 2 德国建立了直接制造研究中心，法国增材制造的专项协会致力于增材制造技术标 准的研究。西班牙启动了一项发展增材制造技术的专项，研究内容包括增材制造共性技术、材料、技术交流及商业模式等四方面内容。 澳大利亚、日本等国已经开始将其运用到航空领域，制造精密零件。 对于公司而言：以快速成型技术为主的增材制造设备已发展20多年，大量的增材制造装备的知名企业快速发展，其中以3D Systems 公司为代表，发展的SLA、SLS及3DP装备都备受关注。 美国Stratasys公司率先推出FDM装备，推广Dssignjet 3D 和Dssignjet Color 3D 两款产品。 除了以上具有代表性的外，还有LENS装备生产商、SLM装备生产商英国MIT公司等等。 国内： 我国增材制造技术研究已经经历20多年，以华科、西安交大、清华等大学为代表的科研院所开展了多项技术研究，其中涉及航空、汽车、生物、电子等各个行业。 西安交大：从1993年开始发展SLA技术研究，到现在已经有了成套的技术设备 华科：开展LOM技术，以及SLS\SLM技术，并且已经开发出相应的成套设备，且已经投入到市场使用。 清华大学跟西北工大已经研究多系列低成本FDM装备，并投入使用。并已经广泛使用到了航空领域，制造精密的成型技术。经过多年研究，我国增材制造技术得到飞快发展，精度等到极大提高。 3.增材制造技术的发展趋势。 （1）从快速原型与翻模制造向零部件直接制造转变 （2）学科交叉融合，应用领域不断扩大 （3）装备向零部件直接制造和专业化方向发展 （4）增材制造装备从高端型走向普及型 （5）成型材料开发及其系列化、标准化 4.增材制造技术面临的挑战 （1）进度控制技术； （2）高效制造技术； （3）复合材料零件增材制造技术。 5.增材制造技术面临的伦理安全问题。 （1）增材制造技术制造枪支。通过互联网下载枪支设计数据，借助增材成型工艺制造出来； （2）增材成型技术克隆人体器官。
2015-03-19 00:21:03 在过去的近两年时间里，增材制造（AM）金属零件的技术在工业领域引发了巨大的风暴。根据业内专家Terry Wohlers（Wohlers Associates公司）的介绍，增材制造行业在2013年整体增长了34.9%，其中金属增材制造子行业增长超过75%。Wohlers评论说：“过去十年，金属增材制造行业的发展超过了塑料25年内走过的路。包括汽车、医疗以及航空航天在内的需求推动着金属增材制造工艺的突飞猛进。GE航空发动机（GE Aviation）公司打算用增材制造技术来生产他们的LEAP引擎的燃油喷嘴，同时欧洲航空防务及航天公司（EADS）也对用于空客飞机的增材制造结构零件做出了评估，综上表明，粉末床金属增材制造技术已经开始被行业接受。 尽管如此，问题仍然存在，例如工艺的可靠性和成品零件的材料性能的重复性。Florian Bechmann博士（德国OEM设备制造商Concept Laser公司的研发总监）在最近一次接受采访时指出：“在金属增材制造设备领域，越来越多的客户对过程监控和连续生产的能力提出期许，例如工业级的复现性。”激光选区熔化（SLM）增材制造工艺的在线实时监控承诺可以满足上述需求，但是这一监控技术目前还处于发展的初期阶段。在这篇文章里，我们将回顾增材制造研究与设备开发中这一热门技术的现状。 技术基础 激光增材制造（LAM）设备有两种类型：粉末床和送粉式。近期业内较多的关注集中在后者身上，本文讨论的也主要是后者。 图1显示了通用的粉末床系统的原理示意图，在该系统的整个工作区中使用刮板来进行平整粉末的步骤，以在构建平台上建立粉末床，整个过程是在可以控制内部环境的成形保护室内进行。激光能量传递到粉末床的表面，引起粉末的局部熔化和融合，使得该区域的金属粉末固化。
科技论文检索及写作 —金属增材制造技术 学院：材料科学与工程学院 专业班级：焊接1301班 姓名：徐昀华 学号： 130200308 任课教师：张春华 完成日期： 2016.12.29
摘要：金属增材制造技术作为3I)打印技术的一个重要分支，在20余年的发展中取得了显著的进展。 文中简要:回顾了金属增材制造技术的历史溯源，重点从制件组织结构、制件性能、制件微观缺陷、成形工艺等方面分析了针对钦合金、镍基高温合金等常用材料的增材制造技术研究新进展，探讨了增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。 关键词:金属材料;增材制造;激光快速成形;性能 Metal Additive Manufacturing Technique (Research institute of Additive Manufacturing(3D Printing)，College of Mechanical and Electrical Engineering,Nanjing University of Aeronautics g- Astronautics，Nanjing, 210016，China) Abstract:The metal additive manufacturing technique，as an important branch of 3D printing technique，has made remarkable progress based on the rapid development of materials technique，equipment technique，computer technique，and so on. The evolution history of metal additive manufacturing technology reviewed briefly. The microstructure，the mechanical performance，the micro-defect，and the technological process of product are introduced to discuss the studies on additive manufacturing technique of titanium alloy，nickel-base super，and so on. Some suggestions of technical problems in the development of additive manufacturing technique are put forward. Finally，the main development direction is pointed out. 作为一种全新概念的制造技术，增材制造技术自20世纪90年代出现以来，经过20余年的发展，己经成为当前先进制造技术领域技术创新蓬勃发展的源泉，以“3D打印技术”为全新概念的增材制造技术己经成为当前包括美国在内的世界主要制造大国实施技术创新、提振本国制造业的重要着力点川。中国政府积极推进3D打印技术在制造业的技术创新进程。在工业和信息化部的支持下，2012年成立“中国3D打印技术产业联盟”。2013年，中国3D打印技术产业联盟成功举办首届世界3D打印技术产业大会，并与亚洲制造业协会、英国增材制造联盟、比利时Material公司、德国E()S公司、美国3 D System公司等组织共同发起成立世界3D打印技术产业联盟的号召，高度凸显了中国3D打印技术在全球3D 打印技术创新领域的重要引领作用。作为金属增材制造技术基础研究的支持机构，国家自然科学基金委员会机械工程学科在“十三五”学科发展战略规划设想中明确将增材制造技术作为跨学科学部交叉优先领域进行布局，以进一步提升中国增
复合增材制造技术研究进展 杨智帆1袁张永康1袁2 渊1.广东工业大学机电工程学院袁广东广州510006曰2.广东镭奔激光科技有限公司袁广东佛山528225冤 摘要院在阐述了复合增材制造技术的含义及关键技术特征的基础上袁对基于机加工的复合增材制造尧基于激光辅助的复合增材制造尧基于喷丸的复合增材制造尧基于轧制的复合增材制造四种复合增材制造技术的特点与优势进行了总结袁并介绍了一种全新的激光锻造复合增材制造技术袁其可与多种增材制造复合并能有效细化晶粒尧消除缺陷和重构应力分布袁最后指出了复合增材制造技术在耦合机理尧参数优化及装备研制方面的发展趋势遥 关键词院复合增材制造曰耦合工艺曰激光锻造中图分类号院TG669文献标志码院A 文章编号院1009原279X渊2019冤02原0001-07 Research and Development of Hybrid Additive Manufacturing Technology YANG Zhifan 1袁ZHANG Yongkang 1袁2 渊1.School of Electro-mechanical Engineering袁Guangdong University of Technology袁 Guangzhou 510006袁China曰 2.Guangdong Leiben Laser Technology Co.,Ltd.袁Foshan 528225袁China 冤 Abstract 院Based on expounding the technical meaning and key features of hybrid additive manufacturing (hybrid -AM)袁the features and advantages of hybrid -AM by machining袁by laser processing袁by shot-peering and by rolling are summarized and analyzed.Then袁a new technology named hybrid -AM by laser forging is introduced袁which can be coupled with other AM processes and effectively refine grains袁eliminate defects and reconstruct stress distribution.Finally袁the development trend of hybrid-AM technology in coupling mechanism袁optimization of multi-processes parameters and equipment manufacturing is discussed. Key words 院hybrid additive manufacturing曰coupled processes曰laser forging 收稿日期院2018-12-10 基金项目院国家重点研发计划渊2017YFB1103600冤曰国家自然科学 基金资助项目渊51775117冤 第一作者简介院杨智帆袁男袁1993年生袁硕士研究生遥 与传统去除成形方法相比袁增材制造是一种基于材料增量制造理念的技术[1]袁是一种利用CAD 模型以材料连接方式完成物体制作的过程[2]袁与减材制造相比袁增材制造通常是逐层累加进行的遥增材制造具备柔性尧快速和绿色制造等技术优势袁在航空航天尧国防工业和生物医疗方面具有重要应用前景[3-4]遥 然而袁增材制造技术存在零件成形精度低尧力学性能不足等问题[5]遥针对上述技术瓶颈袁现已出现 了若干种既保持增材制造技术优点又能吸收传统技术优势的复合增材制造新技术袁为解决瓶颈难题 提供了新路径遥 本文重点介绍复合增材制造技术的研究进展袁并根据辅助工艺的不同将复合增材制造技术分成五种不同类别袁分别进行了总结与分析袁并对复合增材制造技术的发展方向进行了展望遥 1复合增材制造技术含义 野复合冶一词广泛应用于制造领域袁国际生产工程科学院渊CIRP冤将野复合制造冶定义为野一种基于若干种工艺/工具/能量源同步工作尧相互作用可控且对工艺/零件性能有显著影响的技术冶[6]遥一般地袁复合增材制造以增材制造为主体工艺袁在零件制造过程中采用一种或多种辅助工艺与增材制造工艺耦合协同工作袁使工艺尧零件性能得以改进遥复合增材制造虽涉及多种工艺尧能量源袁但并不能严格达到 综述专稿 叶电加工与模具曳2019年第2期 1要要
3.1 增材制造技术概述 增材制造技术诞生于20世纪80年代后期的美国。一开始，增材制造技术的诞生源于模型快速制作的需求，所以经常被称为“快速成型”技术。历经三十年日新月异的技术发展，增材制造已从概念（沟通）模型快速成型发展到了覆盖产品设计、研发和制造的全部环节的一种先进制造技术，已远非当初的快速成型技术可比。 3.1.1概述 1.概念 增材制造（即Additive Manufacturing，简称AM）：一种与传统的材料“去除型”加工方法截然相反的，通过增加材料、基于三维CAD模型数据，通常采用逐层制造方式，直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。 增材制造的概念有“广义”和“狭义”之说，如图3-1所示。 “广义”增材制造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。而“狭义”的增材制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系。 目前，出现了许多令人眼花缭乱的多种称谓：快速成型（Rapid Proto-typing）、直接数字制造（Direct Digital Manufacturing）、增材制造（AdditiveFabrication）、“三维打印(3D—Printing )”、“实体自由制造(Solid Free-form Fabrication) ”、增层制造（Additive Layer Manufacturing）等。2009年美国ASTM专门成立了F42委员会，将各种RP统称为“增量制造“技术，在国际上取得了广泛认可与采纳。 2.原理与分类 实际上在我们的日常生产、生活中类似“增材”的例子很多，例如：机械加工的堆焊、建筑物（楼房、桥梁、水利大坝等）施工中的混凝土浇筑、元宵制法滚汤圆、生日蛋糕与巧克力造型等。 图3-1 增材制造概念 基本原理：首先将三维CAD模型模拟切成一系列二维的薄片状平面层。然后利用相关设
国科发资〔2017〕294号附件7 ??????????????? 2018???????? 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》和《中国制造2025》等提出的任务，国家重点研发计划启动实施了“增材制造与激光制造”重点专项。根据本专项实施方案的部署，现发布2018年度项目申报指南。 本重点专项总体目标是：突破增材制造与激光制造的基础理论，取得原创性技术成果，超前部署研发下一代技术；攻克增材制造的核心元器件和关键工艺技术，研制相关重点工艺装备；突破激光制造中的关键技术，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件、国产先进激光器，研制高端激光制造工艺装备；并实现产业化应用示范；到2020年，基本形成我国增材制造与激光制造的技术创新体系与产业体系互动发展的良好局面，促进传统制造业转型升级，支撑我国高端制造业发展。 本重点专项按照“围绕产业链、部署创新链”的要求，围绕增材制造与激光制造的基础理论与前沿技术、关键工艺与装备、创新应用与示范部署任务。专项实施周期为5年（2016－2020年）。 2016年本重点专项在2个技术方向已启动12个研究任务的 — 1 —
25个项目，2017年本重点专项在2个技术方向已启动20个研究任务的23个项目。2018年，在2个技术方向启动30个研究任务，拟支持30-60个项目，拟安排国拨经费总概算为7亿元左右。为充分调动社会资源投入，凡企业牵头的项目须自筹配套经费，配套经费总额与国拨经费总额比例不低于1：1。 项目申报统一按指南二级标题（如1.1）的研究方向进行。除特殊说明外，拟支持项目数均为1-2项。项目实施周期不超过3年。申报的项目必须涵盖该二级标题下指南所列的全部研究内容和考核指标。项目下设课题数原则上不超过5个，每个课题参研单位原则上不超过5个。项目设1名项目负责人，项目中每个课题设1名课题负责人。 指南中“拟支持项目数为1-2项”是指：在同一研究方向下，当出现申报项目评审结果前两位评价相近、技术路线明显不同的情况时，可同时支持这2个项目。2个项目将采取分两个阶段支持的方式。第一阶段完成后将对2个项目执行情况进行评估，根据评估结果确定后续支持方式。 1．增材制造 1.1基于增材制造的智能仿生结构设计技术（基础前沿类） 研究内容：探索形状记忆材料增材制造新原理和新工艺，形成与制造工艺匹配的改性技术和可实现热/光/电/磁等激励响应的专用材料；研究形状记忆材料增材制造结构的智能变形行为，揭—2 —
附件9 “增材制造与激光制造”重点专项 2017年度项目申报指南建议 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》和《中国制造2025》等提出的任务，国家重点研发计划启动实施“增材制造与激光制造”重点专项。根据本专项实施方案的部署，现提出2017年度项目申报指南建议。 本重点专项总体目标是：突破增材制造与激光制造的基础理论，取得原创性技术成果，超前部署研发下一代技术；攻克增材制造的核心元器件和关键工艺技术，研制相关重点工艺装备；突破激光制造中的关键技术，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件、国产先进激光器，研制高端激光制造工艺装备；到2020年，基本形成我国增材制造与激光制造的技术创新体系与产业体系互动发展的良好局面，促进传统制造业转型升级，支撑我国高端制造业发展。 本重点专项按照“围绕产业链，部署创新链”的要求，围绕增材制造与激光制造的基础理论与前沿技术、关键工艺与装备、创新应用与示范部署任务。专项实施周期为5年（2016－2020）。 1．增材制造 1.1面向增材制造的产品创新设计技术（基础前沿类）
研究内容：研究面向金属增材制造的工艺约束建模方法，结合结构功能与承载性能约束，发展复杂整体结构的高性能轻量化拓扑优化方法，实现结构构型、功能组件布局、多材料梯度布局的整体匹配优化设计；制定面向增材制造的整体结构、多材料梯度结构优化设计的标准规范、软件，形成可供工程化应用的增材制造结构优化设计技术体系。 考核指标：建立增材制造工艺约束模型和实现方法、典型零部件结构优化设计方法及其性能评估模型，可处理100万以上变量及2种以上不同类型设计变量的混合优化；整体结构优化设计实现结构件数量减少50%以上、功能和效能提升15%以上；形成相关设计软件平台、设计标准和规范；实现在航空、航天、能源、动力等领域的应用验证。 1.2高效宽幅微滴喷射阵列打印头的研发（重大共性关键技术类） 研究内容：微滴喷射阵列打印头的流体输送特性、微小液滴形成与喷射过程、打印头寿命影响因素，液滴喷射品质的评价方法；微滴喷射阵列打印头流道结构设计、芯片封装过滤系统设计、MEMS制造工艺和CMOS工艺设计优化及集成方法；智能芯片设计及开发，芯片模块集成方法和校准方式；打印头微滴喷射控制技术。 考核指标：模块化设计，微滴喷射阵列打印头喷嘴密度大于1200个/英寸；单位打印头模块≥100mm , 集成打印宽
国内电弧增材制造技术的研究现状与展望 摘要：本文简述了电弧（电熔）增材制造技术特点、优势和发展历史，详细分 析了国内在电弧增材制造工艺、质量控制、电弧增材制造材料性能三方面的研究 情况，并基于目前的研究现状，提出了电弧增材制造技术在制造工艺、质量控制 和材料性能三方面研究的建议。 关键词：电弧增材制造，研究现状，展望 1引言 增材制造，是一种新型的金属“降维”制造工艺，通过对三维数字模型进行分 层切片处理，再按照预先规划好的路径将材料逐层累加的制造方式，是一种自下 而上，化零为整的制造方法，在复杂结构零部件制造方面有很大优势。电弧增材 制造(Arc welding additive manufacturing，简称WAAM)技术，也称为电熔增材制造 技术（Electrical additive manufacturing，简称EAM ）是采用电弧为热源的增材制 造技术，通过熔化金属丝材或粉末，逐层堆积出金属零部件的制造方法，具有丝 材利用率高、生产效率高，成本底，零件的尺寸不受成形缸或真空室的限制，易 于修复零件等优点。和传统的铸造、锻造技术相比，制造过程无需模具，整体制 造流程短，制造周期短，柔性化程度高，易于实现数字化、智能化，对设计的响 应快，可实现零部件的拓扑优化设计，在小批量、复杂构件的个性化定制方面具 有很大技术和成本优势。 20世纪70年代，德国学者提出了电弧增材制造的概念，并采用该技术制造 了一金属容器。20世纪80年代，美国使用等离子弧焊、熔化极气体保护焊技术 制造出了镍基合金金属构件，20世纪90年代，随着增材制造技术的发展，电弧 增材制造技术也得到了空前的发展，在装备、工艺及材料性能研究方面均取得了 很大突破。 2电弧增材制造技术研究现状 目前国内外用于WAAM制造的电弧种类主要为熔化极气体保护焊（GMAW），钨极惰性气体保护焊（GTAW）、等离子弧焊（PAW）等，尤其是配以冷金属过 度的熔化极气体保护焊，因其热输入小，电弧稳定性好等特点，得到了广泛发展 和应用。今年来，国内各大高校针对电弧增材制造的研究也在不断深入，主要集 中在成形控制、过程监控和成形件性能研究等方面。 2.1工艺与成形研究 电弧增材制造在制造过程中液态熔池较大，电弧的可控性难，故成形控制是 电弧增材制造的发展的主要瓶颈之一。电弧增材制造的在成形设备方面，主要有 两种方式，一种是焊接设备与多功能数控机床复合，另一种是焊接设备与多轴机 械手复合，实现柔性制造。成形控制方面的研究主要集中在工艺优化、过程监控 以及实时反馈等方面，在工艺优化环节主要是通过实验，针对不同的增材方法， 研究合适的工艺参数，例如打印速度，丝径，送丝速度，电流，电压等。沈泳华[[[]沈泳华.电弧增材制造成形系统设计和成形规律研究[D].南京：南京航空航天大学，2017]]研究了以KUKA焊接机器人和Fronius数字化焊机为主要设备的GMAW 冷金属过渡电弧增材制造系统和成形规律，采用“反切削法”实现了电弧增材制造 成形路径规划系统，并研究了不同工艺条件下的表面成形质量。熊俊[[[] 熊俊.多 层单道GMA增材制造成形特性及熔敷尺寸控制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014]]研究了单道熔化极气体保护增材制造的工艺特性和成形质量，表明熔敷电 流是决定成形形貌的决定因素，良好的成形电流区间为100~180A。柳建等人[[[]
增材制造技术较传统工艺的优势与关键技术 一、增材制造技术的简介 增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术就是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除一切削加工技术,就是一种“自下而上”的制造方法。这一技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序,在一台设备上可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件,从而实现“自由制造”,解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。而且越就是复杂结构的产品,其制造的速度作用越显著。 增材制造原理与不同的材料与工艺结合形成了许多增材制造设备,目前已有的设备种类达到20多种。该技术一出现就取得了快速发展,在消费电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息、艺术设计等多个领域都得到了广泛的应用。其特点就是单件或小批量的快速制造,这一技术特点决定了快速成形在产品创新中具有显著的作用。 二、增材制造技术的优势 2、1设计上的自由度——在机加工、铸造或模塑生产当中,复杂设计的代价高昂,其每项细节都必须通过使用额外的刀具或其它步骤进行制造。相比而言,在增材制造当中,部件的复杂度极少需要或根本无需额外考虑。增材制造可以构建出其它制造工艺所不能实现或无法想像的形状,可以从纯粹考虑功能性的方面来设计部件,而无需考虑与制造相关的限制。 2、2小批量生产的经济性——增材制造过程无需生产或装配硬模具,且装夹过程用时较短,因此它不存在那些需要通过大批量生产才能抵消的典型的生产成本。增材工艺允许采用非常低的生产批量,包括单件生产,就能达到经济合理的打印生产目的。 2、3高材料效率——增材制造部件,特别就是金属部件,仍然需要进行机加工。增材制造工序经常不能达到关键性部件所要求的最终细节、尺寸与表面光洁度的
第46卷2018年12月 第12期 第10-17页 材料工程 Journal of Materials Engineering Vol.46 Dec.2018 No.12 pp.10-17 脉冲ＴＩＧ增材制造技术研究进展 Progress in Additive M anufacturing Technique Based on Pulsed T IG 郭龙龙，贺雨田，鞠录岩，吴泽兵，张勇，吕澜涛，王文娟 （西安石油大学机械工程学院，西安710065） GUO Long-long，HE Yu-tian，JU Lu-y an，WU Ze-bing， ZHANG Yong，LYU Lan-tao，WANG Wen-j uan （Mechanical Engineering College，Xi’an Shiyou University，Xi’an710065，China） 摘要：脉冲TIG（p ulsed tungsten inert gas，PTIG）增材制造技术属于电弧增材制造技术的分支，其最显著的优势是成本低、沉积率和材料利用率高，适用于大尺寸结构件的制造。本工作从实验研究和数值模拟的角度，着重介绍了PTIG增材制造成形件成形质量控制、微观组织及性能控制方面的研究成果，总结了当前研究存在的不足。基于对成形件成形质量、微观组织及性能的准确预测和主动控制，提出了PTIG增材制造技术有待深入的研究方向，即：工艺因素对成形质量的影响机理研究、缺陷形成机制及其抑制措施研究、熔池微观组织演变数值模拟研究、成形件内应力和变形的调控机制研究、微观组织与力学性能关系模型的建立。 关键词：脉冲TIG；增材制造；成形质量；微观组织；力学性能 ｄｏｉ：10.11868／j.issn.1001-4381.2018.000267 中图分类号：TG142文献标识码：A文章编号：1001-4381（2018）12-0010-08 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Additive manufacturing based on PTIG（p ulsed tungsten inert gas，PTIG）is a branch of arc additive manufacturing technique.Its notable advantages are low cost，high deposition rate，high ma-terial utilization ratio，and suitable for manufacturing parts of large size.In this paper，the research results on the control of formation quality，microstructure and properties of the parts deposited by PTIG additive manufacturing were emphasized in view of experimental research and numerical simula-tion.Meanw hile，the shortcomings of current investigations were also summarized.Based on accurate p rediction and accurate control on the formation quality，microstructure and properties，the research directions for further study on PTIG additive manufacturing technique in the future were put forward，including the influence mechanism of process factors on the formation quality，defects forming mecha-nism and the suppression measures，numerical simulation on microstructure evolution in molten pool，formation and regulation mechanisms on internal stress and deformation，and the establishment on q uantitative relationship model between the microstructure and mechanical properties. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：p ulsed TIG；additive manufacturing；formation quality；microstructure；mechanical property 增材制造技术基于“离散-堆积”原理，以粉末或丝材为填充材料，利用数字化技术控制高能束将填充材料熔化，依据三维CAD模型数据制造实体产品［1-3］。与传统的“减材制造”技术相比，增材制造技术能够实现高性能，复杂结构金属件的快速、无模具、致密、近净成形，而且材料利用率高［2］。因此自20世纪80年代以来，增材制造技术始终是国际材料加工工程与先进制造技术学科交叉领域的研究热点，我国政府和相关部门也对增材制造技术高度重视，在“中国制造2025”中将其列为未来大力扶持与重点发展的技术［4-5］。 脉冲TIG（p ulsed tungsten inert gas，PTIG）增材制造属于电弧增材制造技术的重要分支，其以周期性变化的电弧为热源，以氩气等惰性气体作保护，填充焊丝以熔滴的方式逐滴、逐层沉积，从而获得近净成形的制造件［6-7］。与激光增材制造、电子束增材制造等技术相比，PTIG增材制造技术最显著的优势是成本低、沉积率和材料利用率高，适用于大尺寸、复杂结构件的制造［8-9］。因此，PTIG增材制造技术在航空航天、飞机、 万方数据