摘要：激光立體成形技術(shù)是從 20世紀(jì) 80年代初期發(fā)展起來的一項先進制造技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的無模具、快速、全致密近凈成形。該技術(shù)可以用于承受強大力學(xué)載荷的三維實體金屬零件的快速制造，也可應(yīng)用于具有較復(fù)雜形狀和較大體積制造缺陷、誤加工損傷或服役損傷零件的修復(fù)。主要圍繞激光立體成形技術(shù)在追逐高力學(xué)性能方面的研究工作，綜述了激光立體成形研究和應(yīng)用的主要進展情況。對多種合金的大量研究工作表明：激光立體成形金屬零件的綜合力學(xué)性能同鍛件相當(dāng)，導(dǎo)致這樣優(yōu)越的力學(xué)性能的主要原因在于其材料組織致密、細小、均勻，可以通過優(yōu)化成形工藝和熱處理工藝而獲得基本上沒有冶金缺陷的狀態(tài)。激光立體成形技術(shù)的主要應(yīng)用對象是兼顧高性能和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬零件的制造和修復(fù)。實現(xiàn)高性能修復(fù)是激光立體成形技術(shù)最近的一個引人注目的研究進展，修復(fù)零件的力學(xué)性能可以僅在簡單的退火熱處理狀態(tài)下即達到鍛件力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，這使得過去認為不可修復(fù)的高性能重要金屬零件具備了現(xiàn)實的修復(fù)技術(shù)途徑，這必將是激光立體成形技術(shù)最有前景的應(yīng)用方向之一。

關(guān)鍵詞：激光立體成形；金屬零件；快速制造；修復(fù)

1.前言

1995年，本文作者注意到了當(dāng)時蓬勃發(fā)展的快速原型技術(shù)，遂產(chǎn)生了利用快速原型技術(shù)的實體自由成形原理快速制造具有復(fù)雜形狀的高性能金屬結(jié)構(gòu)件的想法。這在當(dāng)時是一個大膽的新想法。當(dāng)時除了激光選區(qū)燒結(jié) ( SLS)可以制造承載較小力學(xué)載荷的金屬或陶瓷注塑模具外，幾乎所有的快速成形技術(shù)都主要是針對制造原型而不是承載高強度力學(xué)載荷的高性能結(jié)構(gòu)件，所采用的成形材料也十分廣泛，包括紙、樹脂、臘、陶瓷、金屬等，因而快速原型技術(shù)一度被作為快速成形技術(shù)的同義詞。由于作者長期在航空航天材料成形領(lǐng)域從事研究工作，意識到如果發(fā)展出一種實體自由成形快速制造具有復(fù)雜形狀的高性能金屬結(jié)構(gòu)件的技術(shù)，對于航空航天領(lǐng)域的材料成形將具有十分重要的價值。

快速成形技術(shù)的主要技術(shù)特征是數(shù)字化增材成形三維實體零件，如果構(gòu)成零件的點、線、面基元結(jié)構(gòu)具有高強度，同時這些基元結(jié)構(gòu)在添加成形過程中形成高強度的結(jié)合，原則上就可以自由成形高強度的三維實體零件。作者注意到，激光熔覆技術(shù)滿足以上條件，因此，形成了把快速原型技術(shù)的數(shù)字化增材成形原理同激光熔覆相結(jié)合，發(fā)展了一種自由成形高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的技術(shù)構(gòu)思。實現(xiàn)這個新技術(shù)構(gòu)思首先必須解決的關(guān)鍵問題，是獲得材質(zhì)致密、組織結(jié)構(gòu)細小均勻的金屬成形件。因此，1997年立項，由西北工業(yè)大學(xué)和中航集團北京航空工藝研究所合作承擔(dān)的航空科學(xué)基金重點項目，就是題為 / 金屬粉 材激光立 體成形 ( Laser SolidForm ing，LSF)的熔凝組織與力學(xué)性能研究0。作者對這項技術(shù)是否可以實現(xiàn)其預(yù)定目標(biāo)的唯一擔(dān)心，是能否克服激光立體成形過程中熔池附近的高溫度梯度導(dǎo)致的應(yīng)力的負面效應(yīng)。研究結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下,激光立體成形金屬結(jié)構(gòu)件可以獲得很高的力學(xué)性能，通�？梢赃_到與鍛件相當(dāng)?shù)木C合力學(xué)性能。雖然應(yīng)力效應(yīng)是可以克服的，但始終是激光立體成形需要高度關(guān)注的問題。對于激光立體成形件可以獲得與鍛件相當(dāng)?shù)母咝阅�，一直以來就有很多人存有疑問。因為激光成形件的材料組織屬于鑄態(tài)組織，而通常情況下，鑄態(tài)組織的力學(xué)性能顯著低于鍛件組織，何以激光成形態(tài)組織可以有鍛態(tài)組織的性能？本文將對此予以解答。

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