增材技术论文文献

3d打印技术的发展，给我们的工作生活带来了很大的便利。下文是我整理了3d打印技术论文 总结 范文 ，欢迎大家阅读!3d打印技术论文总结范文篇一：《三维打印快速成形技术及其应用》 摘 要： 文章 对三维打印快速成形技术进行了分析，研究了三维打印快速成形技术的实现方案，并就其系统结构的运行方式做出了说明，最后对三维打印快速成形技术在多个行业领域中应用价值的实现进行了剖析，望能够引起各方人员的关注与重视，促进其进一步发展。 关键词：三维打印;快速成形技术;系统结构;应用 三维打印快速成形技术的核心是：建立在微喷射原理基础之上，通过喷射方式自喷嘴中喷出一定的液态微滴，在此基础之上根据预先设置的路径逐层打印并成形。相对于传统意义上的立体印刷技术或者是叠层实体制造技术而言，三维打印快速成形技术有着非常确切的优势，包括对激光系统要求较低，设备投入资金较少，运行性能可靠，维护工作量少，成本低廉等多个方面。同时，三维打印快速成形技术能够在常温环境下操作，运行安全可靠，可适用的成形材料类型众多，价格均衡，有实践价值。因此，三维打印快速成形技术已成为当前整个快速成形行业中最具综合发展潜力与空间的技术手段之一，有着非常广阔的应用前景。文章即围绕三维打印快速成形技术的实现及其应用要点展开分析，望引起重视。 1.三维打印快速成形技术的实现 从喷射材料上入手，可对三维打印快速成形技术的实现方案进行分类，主要有两种类型：第一是建立在粘结成形基础之上的三维打印快速成形技术，第二是建立在直接成形基础之上的三维打印快速成形技术。具体分析如下： 粘结成形下的三维打印快速成形技术 下图(如图1)为粘结成形下三维打印快速成形技术的基本工作原理。在本技术方案实施下，首先需要在工作台上均匀铺设一层粉末状材料，然后参照零件截面形态，将粘结材料有选择性的打印至粉末层上，使实体区域内的粉末材料完全粘结起来，形成截面对应的轮廓，打印完一层后将工作台向下移动，然后重复以上操作步骤，直至完成整个工件。 直接成形下的三维打印快速成形技术 下图(如图2)为直接成形下三维打印快速成形技术的基本工作原理。在本技术方案实施下，首先需要根据待打印的零件截面形状，控制打印头在截面有实体的区域内打印光固化实体材料，同时需要在可支撑区域内对固化支撑材料进行打印，然后利用紫外灯照射技术，在光固化材料的基础之上同步进行边固化打印工作。逐层进行固化处理直至完成对整个工件的打印工作，最后将支撑材料去除掉，以得到对应的成形工件。 2.三维打印快速成形系统结构 在三维打印快速成形技术实现的过程当中，主要的工作流程为：第一步，采集粉末原料;第二步，将粉末平铺至打印区域当中;第三步，在模型横截面上对打印机喷头进行定位，同时喷涂适当的黏结剂成分;第四步，送粉活塞上升同时实体模型下降，以继续打印;第五步，重复以上操作直至模型打印作业完成;第六步，将多余粉末去除掉，对模型进行固化。建立在该技术基础之上，整个三维打印快速成型系统运行需要完成的动作流程包括：打印喷头沿X轴向以及Y轴向的扫描运动，成型腔活塞沿Z轴向运动，储粉腔活塞沿Z轴向运动，铺粉辊筒转向运动以及平向运动等。其中，喷头X轴向运动采取的是传统喷墨打印机 操作系统 中的字车运动系统，引入光栅技术进行检测，X轴向打印精度可以达到5670dpi单位以上。同时，喷头Y轴向扫描运动能够带动打印机沿与X轴垂直的方向匀速动作，双侧驱动方式为步进电机驱动，光栅检测，闭环控制，三维打印成形中的定位精度可以达到级别。同时，整个三维打印快速成形系统还可以通过应用步进电机的方式为涡轮减速器提供驱动作用力，以驱动丝杆螺母运动，在半闭环条件下实现对铺粉厚度的合理控制(注：铺粉电机运动仅需要控制电机的启停状态，同时配合合理设置转动速度的方式完成工作任务，即应用常规直流电机就能够满足相应的工作要求)。 3.三维打印快速成形技术的实际应用 三维打印快速成形技术在生物工程领域中的应用 生物工程领域研究中对无生物活性支架以及假体的制作一直都是备受关注的工作内容之一，传统技术手段需要对生物活性材料进行激光加热或烧结，对材料的生物活性有不良影响。而通过对三维打印快速成形技术的应用，能够将参与生命体代谢行为且可降解的组织工程材料制成内部结构具有多孔疏松特性的人工骨材料，将活性因子填充于疏松孔内，起到代替人工骨骼的目的。 三维打印快速成形技术在制药工程领域中的应用 当前口服药物制剂的制造 方法 主要有粉末压片以及湿法颗粒这两种类型，无论是哪种制药方法，都存在分解速度过快，难以到达血液，或短时间内血液中药物浓度过高的问题，对人体有非常不良的影响。而通过对三维打印快速成形技术的应用，则能够为药物释放可控性功能的实现提供有力的技术性支持，相信随着单药、多药复合释药性口服可控释放药片以及药物梯度控释给药系统等技术的成功研制与应用，三维打印快速成形技术的应用潜力将得到更进一步的扩大与提升。 三维打印快速成形技术在元件制造领域中的应用 通过对三维打印快速成形技术的应用，能够为产品结构设计检查工作的开展提供非常好的支持，同时，依托该技术能够快速制造产品所对应的功能原型件，从而尽早的展开对产品设计性能的检测工作，缩短设计反馈周期，提高开发有效性，降低开发成本。 4.结束语 结合本文以上分析认为：三维打印快速成形技术作为当前快速成形领域中最具发展潜力的技术手段之一，对比其他快速成形技术而言，有着众多的应用优势，其应用空间也是非常广阔的。特别是在当前快速成形领域学科不断发展与优化的背景之下，三维打印快速成形技术也势必会逐步得到更为广泛与深入的应用。且由于此种技术手段可供选择的材料范围广阔，故而在多个行业的应用价值正逐步显现出来，值得引起重视。本文即围绕三维打印快速成形技术及其应用的相关问题进行分析与探讨，希望以上引起各方人员的高度关注与重视。 参考文献： [1]李晓燕，张曙，余灯广等.三维打印成形粉末配方的优化设计[J].机械科学与技术，2006，25(11)：1343-1346. [2]晁艳普，白政民.金属微滴三维打印成形数据处理软件的设计开发[J].机械设计与制造，2014，(8)：236-239. [3]庄佩，连芩，李涤尘等.仿生多材料复合增强骨软骨支架的制造及性能研究[J].机械工程学报，2014，(21)：133-139. [4]刘厚才，莫健华，叶春生等.三维打印快速成形系统中的数据压缩方法[J].华中科技大学学报(自然科学版)，2008，36(5)：90-92. 3d打印技术论文总结范文篇二：《三维打印技术的应用与启示》 2013年数字南京 教育 装备工作目标：推进科技实践活动室或技能创造室的装备，全面实现每一所学校拥有一个以上主题鲜明、品质优良，与学校科技实践活动相适应、与学校科技艺体特色发展相适应的实验室;全市创新推进并累计装备建成100个高水平、高品质的机器人、三模科技、农业科技 种植 园等特色实验室，成为南京科技教育的核心与引领基地。评选100个优质科技实验室[1]。 为此，江苏省南京市教育装备与勤工俭学办公室主任后有为带队去山东省济南市历城区观摩三维打印技术培训，参观学校创新实验室，从而了解山东在创新实验室建设方面的一些做法，以及在创新大赛上获得佳绩和向高校输送人才的 经验 。 一、社会为什么需要创新设计和技术应用 《中国玩具制造业利润研究 报告 》显示：以玩具加工业为例，一个芭比娃娃在美国市场上的平均价格为美元，而制作这个芭比娃娃的中国企业只能拿到 美元加工费。中国企业所依赖的是相对低廉的劳动力和原材料成本，对外的竞争力也只是低成本带来的价格优势，所以只能依靠大批量生产，以薄利多销来赚取不多的加工费。我国很多行业产品生产的关键技术大部分来自进口，其中：工程机械高技术产品80%;数控机床70%;石油化工装备76%;集成电路芯片制造设备80%;光纤制造装备100%;通讯、半导体、生物、医药和计算机行业60%～90%;彩电、手机和微机的CPU都是掌握在别人手里[1]。 历史上，中国是人类创新和技术进步的摇篮，世界著名科技史学家李约瑟博士曾经列举了中国传入西方的26项技术，世界科技史上的前27项重要发明中18项来自中国。我国古代科技发明灿若星辰，对世界科技发展做出了巨大贡献。美国学者坦普尔在《中国：发明与发现的国度》一书中详细描述了“中国领先于世界”“西方受惠于中国”的中国古代100项技术发明。以史为鉴，古为今用，技术进步源于创新，创新设计源于服务现实，创造未来。大项目是创意，小改进也是创意，高科技是创意，简约明快也是创意。功能原理是创意，美化外观也是创意。灵感来源于生活，创意让世界更美好。 二、创新设计在初高中技术教学中的应用 我国“十二五”规划提出要深入实施科教兴国战略和人才强国战略，加快建设创新型国家，需要创新型人才，创新型人才培养，教育是基础和前提。同志强调：“要注重从青少年入手培养创新意识和实践能力，积极改革教育体制和改进 教学方法 。” 2011年，奥巴马总统推出的新版《美国创新战略》指出，美国未来的经济增长和国际竞争力取决于其创新能力。“创新教育运动”指引着公共和私营部门联合，以加强创新技术教育。 三维打印技术是专家预测的2013年十大技术革命之一，在打印过程中，打印机将根据计算机设计的模型从底部开始逐层堆积塑料、金属、合金等材料。凭借三维打印技术可以依据数字设计文件制造出固体结构，一旦物品能够在家或办公室远程打印出来，新技术将引发一场制造业革命[2]。三维打印技术在初高中技术教学中的应用，将对培养创新型人才产生重要作用。 1.提高教学效率，发展学生的 创新思维 三维设计软件、结构设计软件在三视图学习中针对学生学习时间少、没有基础等问题提供全新的教学手段，辅助三视图及其画法教学，快速识读技术图。学生进行创新设计时，设计软件提供简单易学的设计手段及完整的设计资源库。直观的三维模型系统教学手段，让设计像搭积木一样简单有趣，对立体模型进行平行移动、旋转、放大、多视窗等操作[3]。 2.降低学习坡度，突破教学难点 从三维设计到二维出图，学生在三维设计软件里轻松完成，快速工程图的生成能使学生做到设计与动手能力的完美结合，促进教育教学改革与学生学习方式的变革，是促进师生共同成长的研究与实践过程。 3.动手动脑结合，强调学生的动手创造 三维打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体，让动手与动脑相结合，让信息技术与通用技术相结合，让三维设计与二维设计相结合，让学生的设计和加工相结合。通过三维动画可以让学生更好地理解弹性碰撞，让机械机构运动的分析更加直观清晰。 三、创新设计帮助学生放飞创新的翅膀 创新设计软件平台在教育信息化中的精确定位是和探究实验室、通用技术实验室、综合实践实验室、信息技术实验室、动漫社相结合。创新软件系列产品及三维打印机将掀起一场教育创新运动。通过创新软件的运用，让我们的孩子和美国的孩子同步学习和发展，学有度、思无界、行无疆，创新设计软件平台及三维打印技术在教育中的促进作用有三： 一是可以引导中学生在生活中发现问题，去主动思考如何解决问题，而不是简单地去抱怨问题，培养学生的人文精神和社会责任感。 创意来源： 在高层楼房擦玻璃是很危险的，有没有既安全又方便的擦窗户方案?窗户有调节风、光的作用，如何利用窗户来改善室内的空气循环和光线照明? 设计原理：百叶窗的结构有可调节性，此类窗户也可以使用类似的结构，即将每扇窗分成若干扇小窗，每扇小窗可以绕轴旋转。这样可以实现调节风和光的作用，并且在雨天也可以开窗。尤其是高层楼房窗户玻璃的擦洗变得十分简便了。 二是可以帮助中学生固化自己生活的直接经验和亲身经历中的“小灵感”，并通过自己的设计―制作―评价，达到“创造”的教学效果。 案例2：可升降课桌椅 创意来源：学校普遍存在着课桌椅不符合学生身材的现象，总会让人觉得或高或低，影响学生的身体健康，于是便想到去设计一种可以升降且更具实用性的课桌椅。 设计原理：把思路定格在齿轮的传动上。在桌腿内部各安装两个齿轮和两条齿条，中间有一根传动轴连动，再在其中一个桌腿的一侧开孔，利用一个把手转动齿轮，这样便能使桌面水平升降 。 图6 利用三维打印技术制作出来的齿轮组 三是可以让中学生高度综合各学科、各方面的知识，并立足于实践，实现“做中学”和“学中做”。 案例3：自动上下楼梯的自助轮椅车 创意来源：家里有残疾人，上下楼梯不方便，有没有可以帮助残疾人自动上下楼梯的自助轮椅车呢? 设计原理：市面上有自动上下台阶的拖车，主要是依靠行星轮系的工作原理。如果把这个原理应用到轮椅上，不就是可以帮助残疾人自动上下楼梯的自助轮椅车吗? 案例4：物理学科中的成像原理 创意来源：来源于初中物理实验凸透镜成像实验。这个实验十分重要，但许多学生只知道概念而不清楚其中的原理与演示的过程。创意的意义在于把生活中的现象用自己的方式表现出来。 设计原理：运用新颖的视觉与动画，让大家耳目一新，将传统的枯燥教学转换为全新的模式，从而调动起大家的学习兴趣和热情。 四、创新设计大赛为学生提供创新实践的平台 为了丰富中小学生学习生活，激发创新精神，培养实践能力，全面推进素质教育，培养有国际竞争力的创新人才，2013年第十四届全国中小学电脑制作活动和第二届中国国际学生信息科技创意大赛专门设立了比赛项目(9)创新未来设计[4]。参赛者参考生活中的常见事物，通过计算机三维立体设计平台创作设计作品。要求首先完成设计 说明书 ，根据设计说明书，通过软件进行三维模型的设计、搭建和零件装配，并制作相关功能演示动画。 作品设计的事物尺寸不超过150 mm×200 mm×200 mm，薄厚不小于2 mm。 初中组设计命题为“未来桥梁”，在保证桥结构稳定的前提下，从功能、外观等方面进行创意设计。桥所应用的情境不做约束，可充分结合自己设定的场景进行设计。 高中组设计命题为“智慧汽车”，从外形、功能等方面加以创意设计。车辆的动力源和工作环境不做约束。 提交文件包括：设计作品，ICS或EXB文件;演示动画，SWF，3GP，MPG，AVI或MOV文件;设计说明书。 作品(含设计作品、演示动画、设计说明书)总大小不超过50 MB。 五、我们的思考 从山东省的创新办学标准来看，他们已经在如下方面做了尝试：创新设计软件和探究实验室相结合(初、高中)，和通用技术实验室相结合(高中)，和技术教室相结合(初中)，和综合实践实验室相结合(小学)，和信息技术实验室相结合(通用)，和动漫室相结合(通用)。 南京市教育装备与勤工俭学办公室主任后有为说过：我们不一味追求最新的、豪华的、最先进的设备设施，而是选择科学的、实用的、适用的和优质的设备设施。这对于建设创新实验室提供了很好的思路，选择科学的、适用的、适度领先的物质技术及其承载信息，并通过恰当的、优化的、科学的形式整合成能促进教育与学校发展的，能促进教育教学改革与学生学习方式变革的，能促进师生共同成长的研究与实践过程。 组织相关人员调研三维打印应用 参考文献 [1] 张武城.创造创新方略[M] .北京：机械工业出版社，2011. [2] 维克托・巴雷拉.专家预测2013年十大技术革命 包括三维打印技术[EB/OL]. 3d打印技术论文总结范文篇三：《试谈3D打印技术在建筑业应用》 从20世纪80年代起，随着计算机技术、新材料技术的快速发展，3D打印技术不断进步，逐渐走向人们的视野。李晓梅(2014)认为自3D打印机发明30余年来，经历了迅猛发展已成为当今最有生命力的先进制造技术之一[1]。 本文采用文献研究的方法，针对3D打印在建筑行业的应用找出优点及不足，为3D技术在建筑行业的应用提供发展方向和理论参考。 一、3D打印技术在建筑业的应用 (一)3D打印技术概念 江洪(2013)认为3D打印技术是一种增加制造技术，采用分层制造，逐层叠加的方式形成三维实体的技术[2]。李小丽(2014)总结道，3D打印是包括CAD建模、测量、材料、数控等学科[3]。 (二)3D打印技术在建筑业应用优点 李福平(2013)认为3D打印建筑技术优势为速度快;不需要使用模板，可以大幅节约成本，并且具有低碳、绿色、环保的特点[4]。杨健江(2015)认为相较于传统建筑模式，3D打印不仅节约资源，利用废弃物进行制造[5]。丁烈云(2015)认为建筑3D打印数字建造技术满足日益增长的非线性、自由曲面等复杂建筑形式的设计建造要求，是全新的设计建造方法论的革新[6]。 本文将建筑3D打印技术的优点整理如下： 1.基于施工层面。根据图纸以及相关数据，就可制造出建筑墙体、楼板等，大大节约了建筑时间;从设计文件里获得各种指令并进行工作，要求操作业者掌握的操作技能水平要求很低，一方面大大降低了人力成本，另一方面将操作者对产品质量带来的影响因素降到了最低;避免了施工现场存在的安全隐患，保障作业人员的人身安全，减少事故和伤亡。 2.基于经济层面。所需要的材料多可以就地取材，极大节省建造的运输成本;零部件生产一体化成型，既缩短了制造时间，节约了人力成本，又减少了采购及运输成本;仅需更换设计文件和打印材料就可生产不同的零件。 3.基于材料层面。采用增材制造方法，材料利用率高;3D打印技术可打印出高成本曲线建筑;遵照计算机程序，比人工的更加准确，产品质量有保证;打印过程中依据精确的几何计算，采用坚固耐用的材料，质量有保证;墙体是空心的相比钢筋混凝土实心墙体，3D 打印建筑的墙体要轻许多。 4.基于环保层面。原材料可以来源于建筑垃圾、工业垃圾，达到了节能环保、资源再生和改善环境的目标;采用干法施工可避免施工粉尘和噪声影响，生产制造过程中产生的废气、液等有害物质低，减少材料浪费和排污;打印过程几乎不产生噪声和大振动。 (三) 目前建筑3D打印技术存在的问题 3D打印技术虽发展迅速，但仍存在弊端。 1.精度问题。3D 打印技术由于工艺问题导致两层材料之间不能光滑过度，且只能形成样式简单且单一的条纹。影响建筑外立面的美观性。而在一定微观尺度下，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么这种具有一定厚度的条纹，就会造成精度上的偏差。 2.行业规范问题。3D打印建筑在行业内还没有任何相关的规范条例。使用年限和房屋产权等一系列问题都没有权威部门的认可。 3.材料性能问题。3D打印建筑多数为低矮建筑，相较于传统方式，在强度、刚度和加工性上均有不足。且其打印是水平逐层打印，缺少纵向钢筋。 4.设备问题。受限于工作原理，目前3D打印机打印速度较慢，且设备和原材料的价格居高不下在一定程度上阻碍了3D打印技术的发展。 5.伦理安全性问题。伴随着3D打印技术的发展和进步，人体器官的3D打印技术面临着伦理上引起大众质疑的困境。3D打印技术引发的安全风险也收到相应的质疑。 二、结论与展望 本文通过对3D打印技术的相关知识及其在建筑业应用的优缺点、发展前景的梳理和归纳，得到如下结论： 首先，缺少关于适应多元材料的打印设备系统和工艺流程系统的研究，缺少交流和互相融合。 其次，国内外学者研究建筑3D打印研究的初步成果较多，但是缺乏系统、完善的方法体系。 最后，3D打印技术近期发展迅猛，但3D打印的相关专业规定及法律条文并没有得到良好的研究。为避免矛盾与事故的发生，解决由3D打印所造成的冲突，建立公平、公正、完善的相关规定必不可少。 猜你喜欢： 1. 3D打印技术学习心得体会 2. 3d打印必读的10本书 3. 3d打印调研报告 4. 3d打印技术调研报告 5. 3d打印技术学习心得

一、前言

激光增材制造（LAM）属于以激光为能量源的增材制造技术，能够彻底改变传统金属零件的加工模式，主要分为以粉床铺粉为技术特征的激光选区熔化（SLM）、以同步送粉为技术特征的激光直接沉积（LDMD） [1] 。目前 LAM 技术在航空、航天和医疗领域的应用发展最为迅速 [2~4]。鉴于相关领域主要涉及金属结构制造，本文重点开展金属LAM 技术的发展研究。

随着金属零件使用性能和结构复杂程度的提高，采用铸造、锻造等传统工艺实施制造的难度、成本和周期迅速增加，而兼具技术先进性和资源经济性的 LAM 技术为高性能、复杂结构制造提供了新型解决方案：实现拓扑优化结构、点阵结构、梯度材料结构、复杂内部流道结构等不再困难，结构功能一体化、轻量化、超强韧、耐极端载荷、超强散热等新型结构得以应用，相应结构效能大幅提高 [1,4]。例如，美国通用电气公司（GE）SLM 航空发动机燃油喷嘴、北京航空航天大学 LDMD 飞机钛合金框是典型应用案例。

从当前国内外金属 LAM 技术的发展情况来看，真正走向产业化的技术方向还属少数，这是因为基础理论积淀、关键技术突破、工程化应用技术成熟度、技术研发商业化推广等方面在不同程度上制约了 LAM 技术产业化应用。目前国内外研究主要集中在控性研究，侧重孔隙率、裂纹、组织特征、各向异性等基础研究 [5~9]。有关控形、检测、产品标准等偏向产品研发的研究报道较少，这也表明金属 LAM 整体上处于从技术研究向产业应用过渡的发展阶段。

本文通过文献、现场和问卷调研，对金属 LAM 领域研究与应用的发展现状和趋势进行系统梳理，分析国内与国外、理论研究与应用需求的差距，提出产业化应用涉及的核心关键技术和瓶颈工艺，以期推动我国金属 LAM 技术产业应用的发展。

二、金属激光增材制造需求分析

LAM 基于数模切片，通过逐层堆积来实现金属零件的近净成形制造，尤其适合复杂形状零件、梯度材质与性能构件、复合材料零件和难加工材料零件的制造，在航空航天等先进制造方向备受青睐。一方面，相关零件外形复杂多变、材料性能要求高、难以加工且成本较高；另一方面，新型飞行器朝着高性能、长寿命、高可靠性、低成本的方向发展，采用复杂、大型化的整体结构成为设计亟需。

SLM 成形的零件精度较高，但零件尺寸受加工室限制，故 SLM 主要用于小尺寸或中等尺寸的复杂精密结构精确成形，相应产品结构的功能属性一般大于承载属性。为了满足总体性能需求，航空发动机的燃油喷嘴（具有复杂的内部油路、气路和型腔）、轴承座、控制壳体、叶片，飞机舱门支座、铰链，辅助动力舱格栅结构进气门、排气门，卫星支架等零件，需进行结构创新设计，成为 SLM 技术的适宜应用对象。

LDMD 成形的零件力学性能好，但尺寸精度相对不高，主要用于中等尺寸或大尺寸复杂承力结构的制造，相应产品结构的承载属性一般大于功能属性。航空发动机各类机匣、压气机 / 涡轮整体叶盘等结构，形状较为复杂，为了提高效能甚至需采用异种或功能梯度材料结构。为了兼顾质量减轻和承载效能提升，飞机接头、起落架、承力框、滑轮架，高速飞行器机翼 / 空气舵的格栅结构承载骨架等承力构件，需进行结构拓扑优化设计。这类结构突出的复杂性和制造难度，对 LDMD 技术提出了明确需求。

此外，飞机、发动机的某些带有局部凸台、耳片等特殊结构的承力构件，采用锻造工艺将难以保证局部构型和性能；大型飞机的超大规格钛合金承力框已经超出现有锻造设备的加工能力上限。这对锻造 + 增材制造 / 增材连接的复合制造技术提出了明确需求。

三、国外金属激光增材制造发展现状

（一）技术研究现状

1. 激光选区熔化技术

相关企业采用真空感应气雾化（VIGA）、无坩埚电极感应熔化气体雾化（EIGA）、等离子旋转雾化（PREP）、等离子火炬（PA）等方法制备 SLM 用粉末，具有批量供货能力，占据了全球主要市场 [10] 。

LAM 工艺研究的关注点主要是组织性能调控，完成了较多有关 SLM 组织、缺陷、性能及其与工艺参数的关系研究。例如，对于不锈钢零件SLM，增加激光功率、降低扫描速度均有利于提高致密度 [11] ；高的表面粗糙度和孔隙率都会降低AlSi10Mg 铝合金 SLM 的耐腐蚀性能，而形成的氧化膜可提高耐腐蚀性能；AW7075 铝合金 SLM 试样内部产生垂直于增材方向的裂纹，而预热铝粉对裂纹控制无改善作用，内部裂纹导致疲劳寿命远低于传统工艺 [7] 。

能量密度对 Ti-6Al-4V 钛合金的 SLM 组织和缺陷存在明显的影响 [5,12,13]：低能量密度造成片层状的 α+β 相组织，容易引发气孔和熔合不良现象；高能量密度造成针状马氏体 α′ 组织，促进铝元素偏聚和 α2 -Ti3Al 相形成；沉积态 Ti-6Al-4V 合金疲劳强度比锻件降低约 80% [6] ；热等静压可降低孔隙率并改善性能。对于 CMSX486 单晶合金 SLM，低能量密度减少裂纹，高能量密度降低孔隙率 [8] 。CM247LC 合金 SLM 纵截面主要由柱状 γ 晶粒组成，Hf、Ta、W、Ti 偏聚增加了沉淀物和残余应力，造成零件内部开裂 [14] 。IN738LC 高温合金 SLM 的微裂纹与 Zr 在晶界处富集偏析有关 [15] 。适量添加 Re 可以细化 IN718 合金的树枝状晶，但过量的 Re 对疲劳强度不利 [14] 。SLM 的 Hastelloy-X 合金经热处理形成等轴晶，屈服强度降低；经热等静压后抗拉强度恢复沉积态水平，延伸率可提高 15% [16] 。

对于金属 LAM 工艺，国外开展了较多精细的研究。据了解，德国设备商针对一种新材料进行 SLM 工艺开发，需耗时 6~8 个月，调整参数达70 余个。通过拓扑优化来实现结构轻量化设计也是SLM 应用研究的重点，国外对应提出了设计引导制造、功能性优先等新理念。还发展了特殊支撑设计技术，使得制件与基板分离无需线切割，有效缩短了取件周期。

此外，金属 LAM 标准研究和制定工作一直与技术应用同步发展。2002 年，美国发布了《退火Ti-6Al-4V 钛合金激光沉积产品》，随后陆续颁布了19 项相关标准，涵盖产品退火和热等静压制度、时效制度，制造过程消除应力退火制度等诸多方面。标准的及时形成对 LAM 技术的产业应用发挥了基础支撑作用。

2. 激光直接沉积技术

1995 年，美国约翰斯 · 霍普金斯大学、宾夕法尼亚州立大学、MTS 系统公司共同开发了基于大功率 CO2 激光器的大尺寸钛合金零件 LDMD 技术，沉积速率为 1~2 kg/h，促成 LDMD 零件在飞机上的应用 [12] 。

LDMD 技术研究主要包括成形工艺和组织性能。美国桑地亚国家实验室和洛斯 · 阿拉莫斯国家实验室制备的 LDMD 成形零件，其力学性能接近甚至超过传统锻造零件。瑞士洛桑联邦理工学院研究了单晶叶片 LDMD 修复过程的稳定性、零件精度、组织、力学性能与工艺参数的关系，形成的修复技术已获得工程应用。

国外学者针对 Ti-6Al-4V 合金的 LDMD 技术进行了深入研究，揭示了工艺参数和增材制造组织、力学性能之间的联系，阐明了工艺调整和热等静压对组织、性能的调整作用 [13,17~19]。LDMD 技术为材料显微组织控制提供了较大的自由度：通过调节镍基高温合金 LDMD 形核与生长条件得到了符合预期的单晶与多晶组织 [9] ；美国国家航空航天局（NASA）发展的混合沉积多种金属于同一结构的 LDMD 技术，可使零件性能随部位不同而变化。德国企业将 LAM 技术与传统切削加工方法进行整合，可加工出传统工艺难以制造的复杂形状零件，且产品精度提高、表面粗糙度改善 [11] 。

（二）设备发展现状

LAM 技术推广应用的基础是经济高效的 LAM 设备。SLM 设备研制集中在德国、法国、英国、日本、比利时等国家，LDMD 设备研制国家主要有美国和德国等。

1. 激光选区熔化设备

德国是 SLM 技术及设备研究起步最早的国家，EOS 公司推出的 SLM 设备具有一定的技术优势，相关设备应用于 GE 公司 LEAP 航空发动机燃油喷嘴的加工制造，通过监控增材制造过程来进一步提高制造产品的质量；Realizer GmbH 公司的全方位设计、零件堆叠技术方案别具特色；Concept Laser 公司的设备以构建尺寸大见长；SLM Solutions 公司的激光技术和气流管理技术处于领先位置。美国3D Systems 公司依靠其专用粉末沉积系统的技术优势，可以成形精密的细节特征。英国 Renishaw PLC 公司在材料使用灵活性、更换便捷性方面具有技术特色。

2. 激光直接沉积设备

美国 EFESTO 公司在大尺寸金属 LAM 方面具有技术优势，所研制的 LDMD 设备工作室尺寸可达 1500 mm 1500 mm 2100 mm。美国 Optomec 公司推出的 LDMD 设备具有 900 mm 1500 mm 900 mm 的工作室空间，配置了 5 轴移动工作台，最大成形速度为 kg/h。德国企业提供的激光综合加工系统也是主流的 LDMD 设备。

近年来，增减材复合加工设备成为市场新热点。日本 DMG 公司推出了配有 2 kW 激光器、辅以5 轴联动数控铣床的 LDMD 设备，成形速度较普通粉床提高 20 倍，可在制造过程中铣削最终零件的不可达部位。日本 Mazak 公司推出的相关设备能够进行 5 轴车铣复合加工，使用对象包括多棱体锻件或铸件、回转体零件和复杂异形零件。

（三）应用状况

钛合金 LAM 在航空领域取得重要应用。美国率先将 LDMD 钛合金承力零件用于舰载歼击机；Carpenter 技术公司采用高强度的定制不锈钢进行增材制造，生产先进的航空齿轮；F-22 飞机维修采用了 SLM 耐蚀支架，使得维修时间显著缩短。英国成功将 LDMD 技术应用于无人机的整体框架制造。

SLM 技术在航空发动机的复杂零件制造方面获得广泛应用。美国 GE 公司率先将 SLM 技术应用于高压压气机的温度传感器外壳生产，产品获得美国联邦航空管理局（FAA）批准，配装了超过400 台 GE90-40B 航空发动机。GE 公司 LEAP 系列航空发动机的燃油喷嘴同样采用 SLM 技术进行生产（2020 年具备 44 000 个 / 年的生产能力）。美国普惠公司采用 SLM 技术生产管道镜套筒，配装了 PW1100G-JM 航空发动机。英国罗罗公司采用SLM 制造了遄达 XWB-97 航空发动机的钛合金前轴承组件（包含 48 个翼型导叶）。

2012 年起，LAM 技术获得了航天飞行器制造方面的应用。NASA 采用 LAM 技术制造 RS-25 火箭发动机的弯曲接头，在零件、焊缝、机械加工工序的数量方面相比传统方法下降了约 60%；若氢氧火箭发动机采用整体化设计和制造方法，零件总数将下降 80%。法国泰雷兹集团采用 SLM 技术制造了 Koreasat5A、Koreasat7 通信卫星的测控天线支撑零件（铝合金），降低质量约 22%，节省经费约30%。

LAM 技术的推广应用，加速了航空航天飞行器的结构拓扑优化和点阵结构设计。欧洲 Astrium 公司 Eurostar E3000 卫星平台的遥测 / 遥控天线铝合金安装支架，采用 LAM 进行整体制造后降低质量约 35%、提高结构刚度约 40%。美国 Cobra Aero 公司与英国 Renishaw PLC 公司合作，完成了具有复杂点阵结构的发动机整体部件 LAM 制造。此外，增减材复合加工技术开始走向应用。维珍轨道公司（Virgin Orbit）使用增减材混合机床进行火箭发动机燃烧室零件制造与精加工，2019 年完成了 24 次发动机测试运行。

（四）发展经验与启示

回顾国际上金属 LAM 技术的发展过程，以产业发展牵引技术研究和设备开发，通过产业链整合提高市场竞争力是重要的经验。应用企业关注自身产品的制造质量和生产成本，作为技术发展的主体和最大受益者，由其来整合材料、工艺、设备、验证、标准研究和人员培训，可以更加高效地推动LAM 产业的发展。例如，美国 GE 公司 LAM 产业应用居于世界领先地位，主要归因于产业链整合策略，收购了制造质量控制公司和增材制造设备公司以加强 LAM 产业链条的完整性；产品制造利用了遍布全球的 300 多台工业级制造设备。国外企业注重 LAM 产品制造方面的人员培训，如 GE 公司设有增材制造培训中心，配置专门设备，每年可培训数百名工程师。

四、国内金属激光增材制造发展现状与差距分析

（一）发展现状

1. 金属 LAM 技术

国内围绕 LDMD 组织、缺陷、应力变形控制等完成了较多的研究工作 [11,13,14]。北京航空航天大学发展了钛合金大型结构件 LDMD 内部缺陷和质量控制等关键技术 [20] 。西北工业大学完成了飞机超大尺寸钛合金缘条的 LDMD 制造，成形精度和变形控制达到较高水平。沈阳航空航天大学提出分区扫描成形方法，有效控制了 LDMD 过程零件变形和开裂。有研工程技术研究院有限公司突破了叶盘和进气道的 TC11、TA15/Ti2AlNb 异种材料界面质量控制及复杂外形一体化控制难题，产品通过试验考核。

国内针对 SLM 技术方向重点开展了形状尺寸、表面粗糙度精确控制等研究。西安铂力特激光成形技术有限公司采用 SLM 方法加工的流道类零件最小孔径约为 mm，薄壁零件的最小壁厚约为 mm；零件整体尺寸精度达到 mm，粗糙度Ra 不大于 μm。南京航空航天大学以 SLM 精密制造为主线，通过全流程控制来提升零件综合性能。西安交通大学将 LAM 应用于空心涡轮叶片、航天推进器、 汽车 零件等的制造 [11] 。

中国航发北京航空材料研究院完成了 LAM 技术综合研究：LDMD 制造的镍基双合金涡轮整体叶盘通过超转试验考核，增材修复的伊尔 -76 飞机起落架获得批量应用；研制了 LAM 超声扫查与评价系统，建立了检测标准与对比试块，评价和无损检测技术成果应用于飞机滑轮架、框架等装机零件的批量检测。

在 SLM 粉末方面，国内产品基本满足成形工艺要求。中国科学院金属研究所突破了 SLM 用超细钛合金和高温合金粉末的洁净化制备技术，性能达到进口产品水平。西安欧中材料 科技 有限公司研制的钛合金和高温合金粉末产品获得工程应用。

2. 金属 LAM 设备

国内的LDMD和SLM设备研发能力相对较强，获得一定份额的市场应用。西安铂力特激光成形技术有限公司自主开发了 SLM 系列装备、激光高性能修复系列装备。南京中科煜宸激光技术有限公司研制了自动变焦同轴送粉喷头、长程送粉器、高效惰性气体循环净化箱体等核心器件，形成了金属LDMD 系列化装备。此外，北京易加三维 科技 有限公司、北京星航机电装备有限公司在工业级和小型金属 SLM 设备小批量生产，上海航天设备制造总厂有限公司在标准型和大幅面 SLM 设备和机器人型 LDMD 设备研制等方面均取得了良好进展。

3. 金属 LAM 应用

LDMD 主要应用于承力结构制造。北京航空航天大学制造的主承力框、主起落架等部件获得了航空航天飞行器、燃气涡轮发动机等装备应用。航空工业沈阳飞机设计研究所通过工程化应用验证来促进 LDMD 技术成熟度提升，实现了 8 种金属材料、10 类结构件的飞行器应用。航空工业第一飞机设计研究院实现了大型飞机外主襟翼滑轮架、尾翼方向舵支臂 LDMD 零件的装机应用。北京机电工程研究所实现了大尺寸薄壁骨架舱段结构的 LDMD 制造及应用。

SLM 主要应用于复杂形状零件制造。在航空领域，中国航空制造技术研究院实现了 SLM 产品装机应用；航空工业成都飞机设计研究所在飞机上使用了 SLM 辅助动力舱格栅结构进 / 排气门；航空工业直升机设计研究所在通风格栅结构、淋雨密封结构、进气道多腔体结构等方面实现了 SLM 零件装机应用。在航天领域，上海航天设备制造总厂有限公司的贮箱间断支架、空间散热器、导引装置等 SLM 产品获得装机应用；北京星航机电装备有限公司的舱段类结构件、操纵面等 SLM 产品通过地面试验及飞行试验验证；北京机电工程研究所实现了小型复杂零件的 SLM 制造，操纵面、支架等产品的技术成熟度达到 5 级；鑫精合激光 科技 发展（北京）有限公司应用 SLM 制造了大尺寸薄壁钛合金点阵夹层结构件（集热窗框），满足了深空探测飞行器的严格技术要求。

此外，西安铂力特激光成形技术有限公司利用SLM 技术，每年可为航空航天领域提供 8000 余件零件；华中 科技 大学通过增减材复合加工方式制造了具有随形冷却水道的梯度材料模具，获得了较多的行业应用。

（二）面临的差距

1. 金属 LAM 材料设计和制备技术存在差距

国内 LAM 专用材料的设计理论和方法体系尚显薄弱，专用材料设计工作少而分散。材料基因组技术缩短研发周期并降低研发成本，在国外相关材料设计方面取得了成功应用。国内在材料基因组技术的研究以及用于提高 LAM 专用材料性能等方面的基础较为薄弱。

在粉末制备方面，国内真空氩气雾化制粉技术相对成熟，制备的不锈钢、镍基合金类粉末性能基本满足成形工艺要求。但在钛合金、铝合金超细粉末制备方面存在不小差距，主要问题是粉末球形度差、细粉收得率低，不能满足 SLM 成形要求，使得实际应用仍依赖进口。

2. 金属 LAM 装备设计和制造技术存在差距

我国与美国、德国等 LAM 技术强国的差距主要在于工艺装备。国内应用的 SLM 设备较多依赖德国进口，而大尺寸工程应用的 SLM 设备主要依靠进口。国内企业在激光器、振镜等核心部件方面缺乏自研能力，国产设备的加工尺寸、稳定性、加工精度亟待提升，有关粉末流态、熔池状态等过程监控与成形的国产控制软件不够完善。

3. 金属 LAM 工艺研究不足

随着涡轮发动机、飞机等重要装备用材的使用性能不断提高，材料工艺性出现了下降。国内对航空主干材料的 LAM 工艺研究不足，未能形成应力变形、开裂控制等有效方法，制件内部组织缺陷的问题尚未得到根治，制件力学性能均匀一致性、批次稳定性欠佳。而先进航空发动机、高速飞行器所需的超高温结构材料的 LAM 工艺研究更为欠缺。

4. 产品尺寸精度和表面粗糙度不满足技术要求

LDMD 飞机结构件一般留有加工余量，尺寸精度和表面粗糙度不一定是关键制约因素。然而涡轮发动机零件多为带内部流道、空腔的复杂结构零件，相应 SLM 成形尺寸精度约为 mm、表面粗糙度Ra 约为 ，尚与精密铸件存在差距。相关产品还面临着成形、内表面加工等技术研究不足的问题。

5. 金属 LAM 的指导标准欠缺

现阶段我国 LAM 行业面临的共性问题是缺少质量控制标准，使得在金属 LAM 产品的设计、材料、工艺、检测、组织性能、尺寸精度等方面缺乏验收依据。作为零件应用基础的无损检测、力学性能、冶金图谱等基本数据，由于缺乏整理而致使产品标准制定困难、产业化应用推广保障不足。

五、我国金属激光增材制造关键技术分析

1. 激光加工头等核心器件的设计制造

开展具有自主知识产权核心器件研制，重点在于提高处理器、存储器、工业控制器、高精度传感器、数字 / 模拟转换器等基础器件质量性能，开展工艺装备核心器件、关键部件的设计与制造；研发高光束质量激光器及光束整形系统，大功率激光扫描振镜、动态聚焦镜等精密光学器件，高精度喷嘴加工头等核心部件。

2. 扫描策略、参数规划及在线监控

突破数据设计、数据处理、工艺库、工艺分析及工艺智能规划、在线检测与监测系统、成形过程自适应智能控制等方面的软件技术，构建具有自主知识产权的 LAM 核心支撑软件体系。

3. 基于材料基因组的 LAM 材料设计优选

发展远离平衡条件的专用材料高通量技术模型，开发适用于高通量计算的多尺度模拟算法。研究成分和组织结构微区可控的粉体材料制备技术，通过高通量实验来建立材料基因数据库。通过高通量计算、实验、数据库的协同，快速研发具有优异性能的 LAM 专用材料。

4. 主干材料典型结构 LAM 控性与控形

针对若干关键材料及典型零件，开展 LAM 控性、控形共性关键技术、零件工程化应用的研究。掌握零件生产制造过程中影响最终质量的因素和解决措施，形成工程可用的 LAM 技术体系，涉及原材料控制、工艺设备、成形工艺、热处理、机械加工、表面处理、无损检测和验证试验等。重视LAM 零件的均匀一致性和批次稳定性，契合工程实际应用需求。

六、结语

为了在金属 LAM 技术及其工程应用方面迎头赶上，我国 LAM 的发展应遵循“技术 – 产品 – 产业”的客观规律，夯实组织性能控制技术基础，补齐核心设备在硬件 / 软件研发与集成方面的短板，强化产品质量控制、标准和验证，稳步推进产业化应用。

（1）夯实激光增材制造研究基础，发挥高等院校和科研院所的技术 探索 与攻关能力。由工业部门或应用单位牵头开展产品 LAM 工艺开发和性能验证，本着先易后难原则，由常规金属逐步向金属间化合物、铌 – 硅超高温合金等先进材料方向拓展。

（2）有序推进工程化应用研究。先期在航空、航天领域选取代表性产品开展 LAM 质量控制、标准和验证工作，尽快实现产品量产和工程应用；随后逐步向结构复杂、工况苛刻、加工性差的高价值产品拓展，在核工业、兵器、 汽车 、电力装备等先进制造领域推广应用。

（3）扎实开展 LAM 产品质量控制标准研究与制定。积累有关 LAM 的缺陷无损检测、力学性能、冶金图谱、疲劳寿命等基本数据，确定材料、工艺、无损检测、组织与力学性能、尺寸精度、表面粗糙度等方面验收依据，制定我国 LAM 产品技术标准。

（4）结合工业实际需求，在高等院校、职业技术学院增设 LAM 相关专业，为企业培养专业技术和技能人才。在优势技术企业内设立 LAM 培训中心，对我国诸多行业的设计人员、工艺人员和设备操作人员进行专项培训，从而为 LAM 产业发展提供智力支持。