北京鋁（lǚ）合金零件加工廠金屬（shǔ）激（jī）光增材製造（zào）技術發-北京傑（jié）豐精密機械科技有限公司

編者按：隨著金屬零件使用性能和結構複雜程度的提高，采用鑄造、鍛（duàn）造等傳（chuán）統工藝實施製造的難度、成本和（hé）周期迅速增加。而兼具技術******性和資源經濟性的激光增材製造（LAM）技術為高性能、複雜結構製造提供了新型解決方案。LAM技術屬於以激光為能量源的增材製造技術，能夠徹底改（gǎi）變傳統金屬零件的加工模式，是支撐（chēng）航空、航天、醫療等領域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（zhōng）國工程院院刊《中（zhōng）國工程科學》撰文，係統梳理（lǐ）了國內外金（jīn）屬LAM技術研究和（hé）應用的現狀（zhuàng）與趨勢（shì），分析了我國（guó）技術發展麵臨的差距，針對（duì）性（xìng）提（tí）出我（wǒ）國LAM技術發展策略，以期為（wéi）******科技與產業（yè）發展戰略、2035年領域發（fā）展目標的製（zhì）定提供支持。文（wén）章指（zhǐ）出，金屬LAM技術的關注點仍為組織性能調控，但（dàn）形狀控製研究相對缺乏；為（wéi）滿足高質量製（zhì）造的亟需（xū），相（xiàng）關（guān）設備的（de）過程監控功能獲得高（gāo）度重視；為提升高價值零件的製造能力（lì）與效率，增減（jiǎn）材複合加工設備（bèi）成為新增研（yán）發熱點；金屬激光增材製造產業的良性發展，需要實施包括材料、工藝、設備、驗證、標準、人（rén）員培訓在內的全產業鏈整合。文章建議，在（zài）夯實研究基礎的同時，充分發揮材料基因組技術的作用，加強核心器件自主（zhǔ）研發（fā）和裝備集成的技術研究，穩步推（tuī）進金屬LAM技術（shù）的工程化普及應用。

一、前言

激光增材（cái）製造（LAM）屬（shǔ）於以激光為能量源的增材製造技術，能夠徹底改變傳統金屬零件的加工模式，主要分為以粉床鋪粉為技術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（liáo）領域的應用發展***為迅（xùn）速。鑒於相關領域主要涉及金屬結構製造，本（běn）文重點開展金屬LAM技術的發展研究。

隨著（zhe）金屬零件使用性能和結構複雜程度的提高，采用（yòng）鑄造、鍛造等傳統工藝實施製造的難度、成本和周期迅速增加，而兼具（jù）技術******性和資源經濟性的LAM技術為高性能、複雜結構製造提供了新型解決方案：實現拓撲優化（huà）結構、點陣結構（gòu）、梯度材料結構、複雜內部流道結構等不再困難，結構（gòu）功能一體化、輕量化、******韌（rèn）、耐極端載荷、******散熱等新型結構得以應用，相應結構效能大幅提高。例如，美國通用電氣公司（GE）SLM航空發動機燃油噴嘴、北京航空航天大學LDMD飛機（jī）鈦合金框是典型應用案例。

從當前國內（nèi）外金屬LAM技術的發展情況來看，真正走向產（chǎn）業（yè）化的技（jì）術方向還屬（shǔ）少數，這是因為基礎理論積澱、關鍵技術突破、工程化應用技術（shù）成（chéng）熟度、技術研發商（shāng）業化推廣等方麵在不同程度上製約了LAM技術產業化應用。目前國內外（wài）研究主要集中在控性（xìng）研究，側重孔（kǒng）隙率、裂紋、組織（zhī）特征、各向異性等基礎研究。有關（guān）控形、檢測、產品標準等（děng）偏向產品研（yán）發的研（yán）究（jiū）報道較少，這也表明（míng）金（jīn）屬LAM整體上處於（yú）從技（jì）術研究向產業（yè）應用過渡的發展階（jiē）段。

本文通過文獻、現場和問卷調研，對金屬 LAM 領域（yù）研（yán）究與應用的發展（zhǎn）現狀和趨勢進行係統梳理，分析國內與國（guó）外、理論研究與應（yīng）用需求的差距，提出產業（yè）化應用涉（shè）及的核（hé）心關鍵技（jì）術和瓶頸（jǐng）工藝，以期推動我國金屬 LAM 技術（shù）產業（yè）應用（yòng）的發展。

二、金屬激光增材製造需求分析

LAM基於數（shù）模切片，通過逐層（céng）堆積來實現金屬零件的近淨成形製造，尤其適合複雜形狀零件、梯度材質與性（xìng）能構（gòu）件、複合材料零件和難加工（gōng）材料零件的製造（zào），在（zài）航空航天（tiān）等******製造方向備受青睞。一方麵，相（xiàng）關（guān）零件外形（xíng）複雜多變、材料性能要求高、難以加工且成本較高；另一方麵，新型飛行器朝著高（gāo）性能、長壽命、高可靠性、低成（chéng）本的方向發展，采（cǎi）用複雜、大型化的整體結構成（chéng）為設計亟需。

SLM成形的零件精度較高，但零（líng）件尺寸（cùn）受加工室限製，故SLM主要用於小尺寸或（huò）中等（děng）尺寸的複（fù）雜精密結構******成（chéng）形，相應產品（pǐn）結構（gòu）的（de）功能屬性一般大於承載屬性。為了滿足總（zǒng）體性能需求，航空發動機的燃油噴嘴（具有複（fù）雜的內部油路、氣路和型腔）、軸承座、控（kòng）製殼體（tǐ）、葉片，飛機艙門支座、鉸鏈，輔（fǔ）助動力艙格柵結構進氣（qì）門、排氣門，衛星支架等零件，需進行結構創新設計，成為SLM技術的適宜應用對象。

LDMD成形的零件力學性能好，但尺寸精度相（xiàng）對不高，主要用於中等尺寸或大尺寸複雜承力結構（gòu）的製造，相應產品結構的承載屬性（xìng）一（yī）般大於功能屬性。航空發動機（jī）各類機匣、壓氣機/渦輪整體葉盤等結構，形狀較為複雜，為了提高效能甚至需采用異種（zhǒng）或功能梯度材料結構。為了兼顧質量減輕和承載效能提升，飛機（jī）接頭、起落架、承力框（kuàng）、滑輪架，高速飛行器機翼/空氣舵的格柵結（jié）構承載骨架（jià）等承力構件，需進行結構拓撲優化設計。這類結構突出的（de）複雜性和（hé）製造難度，對LDMD技術提出了明確需求。

此外，飛（fēi）機、發動（dòng）機的某（mǒu）些帶有局部凸台、耳片等特殊結（jié）構的承（chéng）力構件，采用（yòng）鍛造工藝將難以保證局部構型和性能；大型飛機的超大規格鈦合金承力框已（yǐ）經超出現有鍛造（zào）設備的（de）加工能力上限。這對鍛造+增材製造/增材連接的複（fù）合製造技術提出了明（míng）確（què）需求。

三、國外金屬激光增材製造發展（zhǎn）現狀（zhuàng）

相關企（qǐ）業采用真空感應氣霧化（VIGA）、無坩堝電極感應熔化氣體霧化（EIGA）、等離子旋轉霧化（PREP）、等離子火炬（PA）等（děng）方（fāng）法製備SLM用（yòng）粉末，具有批量供貨能力，占據了全球主要市場。

LAM工藝研究的關注點主要是組織性能調控，完成了較多有關SLM組（zǔ）織、缺陷、性能及其與工藝參數的關係研究。例如，對（duì）於不鏽鋼零件SLM，增加激光功率、降（jiàng）低掃描速度均有利於提高（gāo）致密度；高的表麵粗糙度和孔隙率都會降低AlSi10Mg鋁合（hé）金SLM的耐腐蝕性能，而（ér）形成的氧（yǎng）化膜可提高耐腐蝕性能；AW7075鋁合金SLM試樣內部產生垂直於增材方向（xiàng）的裂紋，而預熱鋁（lǚ）粉對裂紋控（kòng）製無改善作用，內部裂紋導致疲勞壽命遠低於傳統工藝。

能（néng）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，容易引發氣孔和熔合不良現象；高能量密度造成針狀馬氏體α′組織，促進鋁元素偏聚和α2-Ti3Al相（xiàng）形成；沉積態（tài）Ti-6Al-4V合金疲勞（láo）強度比鍛件降低約80%；熱等靜壓可降低孔隙率（lǜ）並改善性能。對於CMSX486單晶合金SLM，低能量密（mì）度減少裂紋，高能量密度降（jiàng）低孔隙率。CM247LC合金SLM縱截麵主要由柱狀γ晶粒組成，Hf、Ta、W、Ti偏聚增加了沉澱物和殘餘應力，造成零件內部開裂。IN738LC高溫合金SLM的微裂紋（wén）與Zr在（zài）晶界處富集偏析有關。適量添加Re可以（yǐ）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水平（píng），延伸率（lǜ）可提高15%。

對於金屬（shǔ） LAM 工（gōng）藝，國外開展了較多精細的研究。據了解，德國（guó）設備商針（zhēn）對（duì）一種新材料進行 SLM工藝開發，需耗時 6~8個月，調整參數（shù）達70餘個。通（tōng）過拓撲優（yōu）化來實現（xiàn）結構輕量化設計也是SLM 應用研究的重點（diǎn），國外對應（yīng）提出了設計引導製造、功能性優先等新理念。還發展了特殊支撐設計（jì）技（jì）術，使得製件與基板分（fèn）離（lí）無需線切割，有（yǒu）效縮短了取件周期。

此外，金屬（shǔ）LAM標（biāo）準研究和製定工作一直與技術應用同步發展。2002年，美國（guó）發布了《退火Ti-6Al-4V鈦合金激光沉（chén）積產品（pǐn）》，隨後陸續頒布（bù）了19項相關標準，涵蓋產（chǎn）品退火和熱（rè）等靜壓製度、時效（xiào）製度，製造過程消除應力退火製度等諸多方麵。標準的及（jí）時形成對LAM技術的（de）產業應（yīng）用發揮了基礎支撐作用（yòng）。

1995年，美國約翰斯·霍普金斯大學、賓夕法尼亞州立大學、MTS係統公司共同開發了基於大功率CO2激（jī）光器的大尺寸鈦合金零（líng）件LDMD技術，沉積速率為1~2 kg/h，促成LDMD零件在飛機上的應用。

LDMD技術研究主要（yào）包括成形工藝（yì）和組織性能。美國桑地亞******實驗室和洛斯·阿拉莫斯******實驗室製備的LDMD成形零件，其力學性能接近（jìn）甚至超過傳統鍛造零件。瑞士（shì）洛桑聯邦理工學院（yuàn）研究了單晶葉片LDMD修複過程的穩定性（xìng）、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（zhě）針對Ti-6Al-4V合金的LDMD技術進行了深入研究，揭示了工藝參數和增材製造組（zǔ）織、力學性能之間的聯係，闡明了工藝調（diào）整和熱（rè）等靜壓對組織（zhī）、性能的調整作用（yòng）。LDMD技術為材料顯微組織控製提供了較大的自由度：通過調（diào）節鎳基高（gāo）溫合金LDMD形核與生長條件得到了符合預期的單晶與多晶組織；美國******航空航天局（NASA）發展的混合沉積多種金屬於（yú）同一結構的LDMD技術，可使零件性能隨部位（wèi）不同而變化。德國企業將LAM技術與傳統切削加（jiā）工方法進行整（zhěng）合，可加（jiā）工出傳統工藝難以製造的複（fù）雜（zá）形狀零件（jiàn），且產品精度提（tí）高、表麵粗糙度改善。

LAM技術推廣應用的基礎是（shì）經濟高（gāo）效（xiào）的LAM設備。SLM設備研製集中在德國、法國、英國、日本（běn）、比利時等******，LDMD設備研製******主要有美國和德國等。

德國是SLM技術及設備研究（jiū）起步***早的******，EOS公司推出的SLM設備具有一定的技術優（yōu）勢（shì），相關設備（bèi）應用於GE公司LEAP航空發動機燃油噴嘴的（de）加工製造，通過監控增材製造過程來進一步提高製造產品的質量；Realizer GmbH公司的全方位設計、零件堆疊技術方案別具特色；Concept Laser公司的設備以構建尺寸大見長；SLM Solutions公司的（de）激光技術和氣（qì）流管理技術處於領先（xiān）位置。美（měi）國3D Systems公司依靠其專用粉末沉積（jī）係（xì）統的技（jì）術優勢，可以成形精密的細節特征。英國 Renishaw PLC公司在材料使用靈活性、更換便捷性方麵具有（yǒu）技術特色。

美國EFESTO公司在大尺寸金屬LAM方麵具有技術優勢，所研製的LDMD設備工作室尺寸可達 1500 mm×1500 mm×2100 mm。美國Optomec公（gōng）司推出的LDMD設備具有900 mm×1500 mm×900 mm的工作室空間，配置了5軸移動工作台，***大成形速度為1.5 kg/h。德國企業（yè）提供的激光（guāng）綜合加工係統也是主（zhǔ）流的LDMD設備。

近年來，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激光器、輔以5軸聯動數控銑床的LDMD設備，成形速度（dù）較普通粉床提高20倍，可在製造過程中銑削***終零件（jiàn）的不可達部位。日本Mazak公司推出的相關設備能夠進行5軸車銑複合加工，使用對象包括多棱體鍛件或鑄（zhù）件、回轉（zhuǎn）體零件和複雜異形零件。

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

SLM技術在航空發動（dòng）機的複（fù）雜（zá）零件製造方麵獲得廣（guǎng）泛應用。美國GE公司率先將SLM技術應用於高壓壓氣機的溫度傳感器外（wài）殼生產，產（chǎn）品獲得美國聯邦航空管理局（FAA）批準，配（pèi）裝了（le）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（cǎi）用SLM技術生產管道鏡套筒，配裝了PW1100G-JM航空發動機。英國羅羅公司采用SLM製造了遄達XWB-97航空發（fā）動機的鈦合金前軸承組件（jiàn）（包含48個翼型（xíng）導葉）。

2012年起（qǐ），LAM技術獲得了航天（tiān）飛行器製造方麵的（de）應用。NASA采用LAM技術製造RS-25火（huǒ）箭發動機的彎曲接頭，在零件（jiàn）、焊縫、機械加工工序（xù）的（de）數量方麵相比傳統方法下降了（le）約60%；若氫氧火箭發動機采用整體化設計和製（zhì）造方法，零件總數將下降80%。法國泰（tài）雷茲集（jí）團采（cǎi）用SLM技術製造了Koreasat5A、Koreasat7通信衛星的測控天線支撐零件（鋁合金），降低質量約22%，節省經費約30%。

LAM技術的推廣應用，加速了航空航天飛行器的結構（gòu）拓撲優化（huà）和點陣結構設計。歐洲Astrium公司（sī）Eurostar E3000衛星平台的遙測/遙控天線鋁合金安裝支架，采用LAM進行整體製造後降低質量（liàng）約（yuē）35%、提高結構（gòu）剛度（dù）約40%。美國Cobra Aero公司與英國Renishaw PLC公司合作，完（wán）成了具有複雜點（diǎn）陣結構的發動機整體部件LAM製造。此外，增減材複合加工技術開始（shǐ）走（zǒu）向應用（yòng）。維珍（zhēn）軌道公司（Virgin Orbit）使用增減材混合機床進行火箭發動機燃燒室零件製造與精加工，2019年完成了24次發動機測試運行。

回（huí）顧國際上金屬LAM技術的發展過程，以產業發（fā）展牽引技術研究和設備開發，通過產業鏈整（zhěng）合提高市場競爭力是重要的經驗。應用企業關注自身產品的製造質量和生產成本，作為技術發展的主體和***大受益者，由其來整合材料、工藝、設備、驗證（zhèng）、標準研究和人員培（péi）訓，可以更加高效地推動LAM產業的發展。例如，美國GE公司LAM產業應用居於************地位，主（zhǔ）要歸因於產業（yè）鏈整合策略，收（shōu）購了製造質量控製公司和增材（cái）製造設（shè）備公司以加強LAM產業鏈（liàn）條的完整性；產品製（zhì）造利用了遍布全球的300多台工業（yè）級製造設備。國外企業注重（chóng）LAM產品（pǐn）製造方（fāng）麵的人員培（péi）訓，如GE公司設有增材製造培訓中心，配置專門設（shè）備，每年可培訓數百名工程（chéng）師。

四、國內（nèi）金屬激光增材製造發（fā）展現狀與差距分析（xī）

公司是一家集精密機械零部件加工，北京（jīng）不鏽鋼零（líng）件加工,北京鈦合金加工各類（lèi）工裝夾具、治具、非標設（shè）備（bèi）設計製造以及衝壓模具、注塑模具、橡膠模（mó）具加工的專業廠家，是中國（guó）模具協會會員企業。

國內圍繞LDMD組織、缺（quē）陷、應力變形控製等完成了較多（duō）的研究工作。北京航空航天大學（xué）發展（zhǎn）了（le）鈦合金大型結構件（jiàn）LDMD內（nèi）部缺陷和質量控製等關鍵技術。西北工業大學（xué）完成了飛機超大（dà）尺寸鈦合金緣條的LDMD製造，成形精度和變形控（kòng）製達到較高（gāo）水平。沈陽航空航天（tiān）大學提出分區掃描成形方法（fǎ），有（yǒu）效（xiào）控製（zhì）了LDMD過程（chéng）零件變形和開裂。有研工程技術研究院有限公司突破了葉盤和進氣道的TC11、TA15/Ti2AlNb異種（zhǒng）材料（liào）界麵（miàn）質量控（kòng）製（zhì）及複雜外形一體化控製難題，產品通（tōng）過（guò）試驗考（kǎo）核（hé）。

國內針對SLM技術方向重（chóng）點開展了形狀（zhuàng）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（xiàn）公司采用SLM方法加工的流道類（lèi）零（líng）件***小孔徑約為0.3 mm，薄壁零件的***小壁厚約為0.2 mm；零件整體尺寸精度達到±0.2 mm，粗糙度Ra不大於3.2 μm。南京航空航天大學以SLM精密製造為（wéi）主線，通過全流程控製來提升零件綜合性能。西安交通大學將LAM應用（yòng）於（yú）空心渦輪（lún）葉片（piàn）、航天推進器、汽車零（líng）件等的製造。

中國航發北京航空（kōng）材料研究（jiū）院完成了LAM技術綜合研究：LDMD製造的鎳基雙合（hé）金渦輪整體葉盤通過超轉試驗考核，增（zēng）材修複的伊爾-76飛機起落架獲得批量應用；研製了LAM超聲掃查與（yǔ）評價係統，建（jiàn）立了檢測標準與對比試塊，評價和無（wú）損檢測技（jì）術成果應用於飛機滑輪架、框架等裝（zhuāng）機零件的批量檢測。

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

國內的LDMD和SLM設備研發能力相對較強，獲得一定份額（é）的市場應用。西安（ān）鉑力特激光（guāng）成形技術有限公司自主開發（fā）了SLM係列裝備、激（jī）光高性能修複係列裝備。南京中科煜宸激光技術有限公司研（yán）製了自（zì）動變焦同軸送粉噴頭、長程送粉器、高效惰性氣體循環淨（jìng）化箱體等核心器件，形成了金屬LDMD係列化裝備。此外，北京易加三維科技有限公司、北京星航機電裝備有限公司在工業級和小型金屬（shǔ）SLM設備小批量生產，上海航天（tiān）設備製造總廠有限公司在標準型和大幅（fú）麵SLM設備和機器（qì）人型LDMD設備研製（zhì）等方麵均取得了良好進展。

LDMD主要應用於承力結構製造。北京航空航天大學製造的主承力框、主起落架等部件獲得（dé）了航空航天（tiān）飛行器、燃氣渦輪發（fā）動機等裝備應用。航空工業沈陽飛機設計研（yán）究所通過工程化應用（yòng）驗證來促（cù）進（jìn）LDMD技（jì）術成（chéng）熟度提升，實現了8種金（jīn）屬（shǔ）材料、10類結構件（jiàn）的（de）飛行器應用。航空工業******飛機設計研究（jiū）院實現（xiàn）了大型飛機外主襟翼滑輪架（jià）、尾翼方向舵支臂LDMD零件的裝機（jī）應用。北京機電工程研究所實現了大尺寸薄壁骨架艙段（duàn）結構的LDMD製造及應用。

SLM主（zhǔ）要應用（yòng）於複雜形狀零件製造。在航空領域（yù），中國航空製造技術研究院實現了SLM產品裝機應用；航空工業成都飛機設計研究所在飛機上使用了（le）SLM輔助動力艙格柵結（jié）構進（jìn）/排氣門；航（háng）空（kōng）工業直升（shēng）機設計研究所（suǒ）在通（tōng）風格（gé）柵結構、淋雨密封結構、進（jìn）氣道多（duō）腔體結構等方麵實現了SLM零件裝機應用。在航天領域，上海航天設（shè）備製造總廠有限公司的貯箱間斷（duàn）支架（jià）、空間散熱（rè）器、導引裝（zhuāng）置等（děng）SLM產品獲得裝（zhuāng）機應用；北京星航機電裝備有限公司的艙段類結構件、操縱（zòng）麵等SLM產品通（tōng）過地麵試驗及飛行試驗驗證；北京機電工程研究所實現了小型複雜零件的SLM製造，操縱麵、支架（jià）等產品的技術成熟度達到5級；鑫（xīn）精合激光（guāng）科技發展（北京）有限（xiàn）公司應用SLM製（zhì）造了大尺寸薄壁鈦合金點陣夾（jiá）層結構件（jiàn）（集熱窗（chuāng）框（kuàng）），滿足了深空探測飛行（háng）器的（de）嚴格技術要求。

此外（wài），西安鉑力特激光成（chéng）形技術有限公司利用SLM技術，每年可為航空航天領域提供8000餘件零件；華中科技大學通過增減材複合加工方式製造了具有隨形冷卻水道的梯度材料模（mó）具，獲得了較多的行（háng）業應用。

1. 金屬LAM材料設計和製（zhì）備（bèi）技（jì）術存在差距

國（guó）內LAM專用材料的設計理論和方法體係（xì）尚顯薄弱，專用材料設計工作少而分（fèn）散。材料（liào）基因組技術縮短研發周期並降低研（yán）發成本，在國外相關材料設計方麵取得了成功應（yīng）用。國內在（zài）材料基因組技術的研究以及用於（yú）提高LAM專用材料（liào）性能等方麵的基礎較（jiào）為薄弱（ruò）。

在粉末製備方麵，國內真空氬氣霧化製粉技術相對成熟，製備的不鏽鋼、鎳基合金類粉末性能基本滿足成形工藝（yì）要（yào）求（qiú）。但在鈦合金、鋁合金超細粉末製備方麵存在不小差距，主要問題是（shì）粉末球形度差、細粉收得率低，不（bú）能滿足 SLM 成形要求，使得實際應用仍依（yī）賴進口。

我國與美國、德國等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（ér）大尺寸工程應（yīng）用的SLM設備主要依靠進口。國內企業在激光器、振鏡等核心部件方麵缺乏自研能力，國產（chǎn）設備的加工尺寸、穩定性、加工精度亟待提（tí）升，有關粉末流態、熔池狀態等（děng）過程監控與成形的國產控製軟件不夠（gòu）完善。

隨著（zhe）渦輪發動機、飛（fēi）機等重要裝備用材的使用性能不斷（duàn）提高，材料工藝性出現了下降。國內對航空主幹材料的LAM工藝研究不足，未能形成應（yīng）力變形（xíng）、開裂控製（zhì）等有效方法，製件內部組織缺陷的問題尚未得到根治，製件力（lì）學（xué）性能均勻（yún）一致性、批次（cì）穩定性欠佳。而******航空發動機、高速飛行器所需的超高（gāo）溫結構材料（liào）的LAM工藝研究更為欠缺（quē）。

4.產（chǎn）品尺（chǐ）寸精度（dù）和表麵粗糙度不滿（mǎn）足技術要求

LDMD飛機結構件一般留（liú）有加工餘量，尺寸（cùn）精度和表麵粗糙度不一（yī）定是關（guān）鍵製約因素（sù）。然（rán）而渦輪發動（dòng）機零件多為帶（dài）內部流道、空腔的（de）複雜結構零件，相應SLM成形尺寸精度約為0.1 mm、表麵粗糙（cāo）度Ra約為6.3，尚與精密鑄（zhù）件存在差距。相關產品還麵臨著成形、內（nèi）表麵加工等技術研究不足的問題。

現階段我國LAM行（háng）業麵臨的共（gòng）性（xìng）問題是缺少質量控製標準，使得在金屬LAM產（chǎn）品的設計、材料、工藝、檢測、組織（zhī）性能、尺寸（cùn）精度等（děng）方麵缺乏（fá）驗收依（yī）據。作為零件應用基礎的無損（sǔn）檢測、力學性能、冶金圖譜等基本數據，由於缺乏整理而致使產（chǎn）品標準製定困難、產業化（huà）應用推廣（guǎng）保障不足。

五、我國金屬激光增材製造（zào）關鍵技術分析

開展具有自主知（zhī）識產權核心器件研製，重點在於提高處理器、存儲器、工業控製器、高精度傳感器、數字/模擬轉換器等（děng）基礎器（qì）件質量（liàng）性能，開展工藝裝備核心器件、關鍵部件的設計與製造；研發高光束質量激光（guāng）器及光束整形係統，大功率激（jī）光掃描（miáo）振（zhèn）鏡、動態聚焦鏡等精密光學器件，高精度噴（pēn）嘴加工頭等核心部件。

突破數據設計、數據（jù）處理（lǐ）、工藝庫、工藝分析及（jí）工藝智能規劃、在線檢測與（yǔ）監測（cè）係統、成形過程自（zì）適應智能（néng）控製等方麵的軟件技術，構（gòu）建具有自主知（zhī）識產權的LAM核心支撐（chēng）軟件體係。

發展遠離平衡條件的專用材料高通量技術（shù）模型（xíng），開發適用於高通量（liàng）計算的多尺度（dù）模擬算法。研究成分（fèn）和組織結構微區可控的粉體材料製備技術，通過高（gāo）通量（liàng）實驗來建（jiàn）立材料基因數據庫。通過高通量計算（suàn）、實（shí）驗、數據庫的協同，快速研發具有優異性能的LAM專用材料。

針對若幹關鍵（jiàn）材料及典型零件，開展LAM控性、控形共性關鍵技術、零件工程化應用的研究。掌握零件生產製造（zào）過程中影響（xiǎng）***終質量的因素和解（jiě）決措施（shī），形成工程可用的LAM技術體係，涉及原（yuán）材料控（kòng）製、工藝設備、成形工藝、熱處理、機械加工、表麵處理、無（wú）損檢測（cè）和驗證（zhèng）試驗等。重視LAM零件的均勻一致（zhì）性（xìng）和批次穩定性，契合工程實際應（yīng）用需求。

六、結語

為了在金屬LAM技術及其工程應用方麵迎頭趕上，我國LAM的發展應遵循技術（shù）–產品–產業（yè）的客觀規律，夯實（shí）組織性能（néng）控製技術基礎（chǔ），補齊核心（xīn）設備在硬件/軟件研發（fā）與集成方（fāng）麵的短板，強化產（chǎn）品質量（liàng）控製、標準和驗證，穩步推進產業化應用。

（1）夯實激光增材製造研究（jiū）基（jī）礎，發揮高等院校和科研院所的技術探索與攻關能力。由工業部門或應用單位牽頭開展產品（pǐn）LAM工（gōng）藝開發和性能驗證，本著先易後難原則，由常規金屬逐步向金屬間化合物、铌–矽（guī）超高溫合金等******材料方（fāng）向拓（tuò）展。

（2）有序（xù）推進（jìn）工程化（huà）應用研究。先期在航空、航天領域選取代表性產品開展LAM質量控製（zhì）、標準（zhǔn）和驗證工作，盡快實（shí）現產品量產和（hé）工程應（yīng）用；隨後逐步向結構複（fù）雜、工況苛刻、加工（gōng）性差的高價值產（chǎn）品拓展，在核工業、兵器、汽車、電力裝備等******製造領域推廣應用。

（3）紮（zhā）實開展LAM產品質量控製（zhì）標（biāo）準（zhǔn）研究與製定。積累有關LAM的缺陷無損檢（jiǎn）測、力學性能、冶金圖譜（pǔ）、疲勞壽命等（děng）基本數據，確定材料、工藝、無損檢測、組織（zhī）與（yǔ）力學性能、尺寸精（jīng）度、表麵（miàn）粗糙度等方麵驗收（shōu）依據，製定我國LAM產品技術標（biāo）準。

（4）結合工業實際需求，在高等（děng）院校、職業（yè）技術學院增設LAM相關專業，為企（qǐ）業培養（yǎng）專業技術和技（jì）能人才（cái）。在優勢技術企業內（nèi）設立（lì）LAM培訓中心，對我國諸多行業的設計人員、工藝人員（yuán）和設備操作人員進行專項培訓（xùn），從（cóng）而為LAM產業發展提供智力（lì）支持。

北京鋁合金零（líng）件加（jiā）工廠金屬激光增材製（zhì）造技術發

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