金属材料增材制造研究与应用

罗德强 宋金泉

摘要：在科学技术快速发展的今天，各行各业都有了长足的进步。对于金属增材制造技术来说，在近些年也获得了快速的发展，金属增材制造技术有着非常广泛的应用空间，在航空航天、医疗、汽车等等领域都展现出了巨大的应用发展潜力，而且在一些特定应用领域金属增材制造技術工艺已经超越了传统的加工工艺。在金属增材制造技术之中，粉末床熔融与直接能量沉积属于两种主要的金属增材制造技术工艺分类，其相关的技术原理、特点和实际的应用状况具有一定研究代表性，在这种前提下，对于金属材料增材制造研究与应用分析，就具有了极其重要的实际意义。

关键词：金属材料增材制造;研究;应用

对于增材制造来说，其含义主要是指运用零件的三维模型数据来一层一层的结合材料成形制造，这属于一种和传统的减材制造完全相反的一种制造模式。从增材制造技术的含义可以知晓，其需要计算机辅助设计技术，这样才能够把零件的三维模型进行科学、合理的切片分层，进一步的离散成一层一层的二维模型数据，然后就能够运用高能热源比如电弧、激光等等，把材料逐层熔融堆积成形，完成快速制造出具有复杂几何形状的零件的目标。增材制造技术突破了传统制造技术的局限性，其可以在最短的时间之内制造出传统制造技术难以制造的零件，为设计人员提供了新的零件设计思路。增材制造技术最早是运用在快速原型制造领域的，使用的材料主要是塑料与树脂，而金属增材制造技术在最近几年才有了快速的发展，世界上很多国家都进行了大量的研究。金属增材制造技术依据工艺方法能够分成两个类型，分别是粉末床熔融与直接能量沉积，粉末床熔融工艺应用最为广泛，其主要是以选区激光熔化与电子束熔化成形为代表;直接能量沉积包含了激光金属沉积与电弧增材制造两个部分。

一、对于金属增材制造技术种类的分析

金属增材制造技术按照工艺分为了粉末床熔融与直接能量沉积两个内容，粉末床熔融工艺的具体内容主要是把金属粉末平铺到基板上进行熔融成形，其使用的金属粉末尺寸在20μm到100μm之间，其特征是有着比较高的成形精度，同时成形花费的时间和零件的复杂程度没有关系，只和零件的体积相关成正比关系，粉末床熔融工艺包括选区激光熔化与电子束熔化成形两个部分[1]。选区激光熔化运用高能激光束，按照已经预定好的扫描路径和扫描速度，把铺好的金属粉末层快速熔化，然后再进行快速冷却凝固成形，具体的成形过程有三个步骤，第一步是电机控制成形缸下降，粉料缸上升;第二步是刮刀把粉末均匀的铺在成形缸上;第三步是激光依据CAD设计好的路径进行选择性扫描熔化粉末凝固成形，每一层都重复的进行这三个步骤，一直到物品完全成形。电子束熔化成形原理和选区激光熔化相似，存在的区别就是热源不同，电子束熔化成形利用电子束来替代激光作为热源熔化金属粉末，其优势在于激光较为容易被金属反射，电子束的能量则非常容易被金属吸收，那么在金属粉末熔化的时候形成的熔池温度也很高，所以电子束熔化成形非常适用于高熔点的材料[2]。直接能量沉积是把热源直接的聚焦在基材与金属材料上熔化，熔化后的金属材料就可以沉积到基材上和基材融合后冷却凝固。直接能量沉积包含了激光金属沉积与电弧增材制造两个部分，激光金属沉积技术主要是把激光作为热源，以金属粉末或是金属丝作为加工的原材料;电弧增材制造的原理与激光金属沉积相似，只是在热源的使用上换做了电弧，有着较高的沉积速率，但是精度较低无法制造复杂结构的零件[3]。

二、关于金属增材制造技术应用的探究

对于金属增材制造技术来说，不同的技术类型有不同的适用场景，选区激光熔化因为有着优秀的成形件性能，拉伸性能也超过了铸件，达到了锻件的水准，成形的精度很高，所以适合被应用到医疗、汽车航空航天等等领域，比如国外的航天航空公司就使用选区激光熔化技术制造了载人航天飞船的引擎[4]。激光金属沉积优点较多，比如材料利用率高、沉积速率高、成形灵活等等，因此有着较多方面的应用，比如国外的航空公司制造飞机零部件，使用激光金属沉积技术能使得零部件的重量减轻，节省材料。电弧增材制造被应用到大型零件制造方面，比如欧洲的公司使用该技术生产全尺寸钛合金压力容器，节省了大量材料[5]。

三、结语

总的来说，对于金属材料增材制造研究与应用的探索，有助于工业相关行业的发展，对应内容有着极其重要的实际作用。

参考文献：

[1]于云，史廷春，孙芳芳，等.典型无机非金属材料增材制造研究与应用现状？[J].材料导报，2016，30（21）：119-129.

[2]龚伟.典型无机非金属材料增材制造与应用现状研究[J].建材与装饰，2017（39）：249-250.

[3]乐方宾，叶寒，刘勇.金属材料增材制造研究与应用[J].江西科学，2020，38（2）：157-161，262.

[4]邓祥晶.增材制造技术在模具制造中的应用研究[J].电脑迷，2016（8）：116.

[5]陈济轮，董鹏，张昆，等.金属材料增材制造技术在航天领域的应用前景分析[J].电加工与模具，2014（1）：66-69.