解析高性能金属零件激光增材制造技术研究进展(2)
国内外激光增材制造技术的最新研究进展
1. 国内外LCD技术最新研究进展
国内外对于LCD技术的工艺研究主要集中在如何改善组织和提高性能。美国OPTOMEC公司和Los Alomos实验室、欧洲宇航防务集团 EADS等研究机构针对不同的材料（如钛合金、镍基高温合金和铁基合金等）进行了工艺优化研究，使成形件缺陷大大减少，致密度增加，性能接近甚至超过同种材料锻造水平。例如，美国空军研究实验室Kobryn等对Ti6Al4V激光熔覆沉积成形 工艺进行了优化， 并研究了热处理和热等静压对成形件微观组织和性能 的影响，大大降低了组织内应力，消除了层间气孔等缺陷，使成形件沿沉积方向的韧性和高周疲劳性能达到了锻件水平。
德国汉诺威激光研究 中心Rottwinkel等 利用感应加热对基体提前预热的方法解决了高温合金成形过程熔覆层开裂的问题，并应用于高温合金叶片的成形和修 复。在国内， 北京航空航天大学陈博等主要研究了钛合金零件的LCD 工艺， 并通过热处理制度的优化，使钛合金成形件组织得到细化， 性能明显提高，成功应用于飞机大型承力结构件的制造， 西安交通大学葛江波、张安峰和李涤尘等则通过单道-多道-实体递进成形试验，研究了工艺参数对铁基合金和镍基合金材料 成形件的尺寸精度、 微观组织和力学性能的影响规律， 并实现了对成形零件的精确成形和高性能成性一体化 “控形控性” 制造。
LCD技术在零件修复领域也得到了广泛应用， 美国Sandia国家实验室和空军研究实验室、 英国Rolls-Royce公司、 法国Alstom公司以及德国Fraunhofer研究所等均对航空发动机涡轮叶片和燃气轮机叶片的激 光熔覆修复工艺进行了研究并成功实现了定向晶叶片的修复，如图1（a） 所示。此外，美国国防部研发的“移 动零件医院”，如图1（b），将LCD技 术应用于战场环境，可以对战场破损零件 （如坦克链轮、传动齿轮和轴类零件等） 进行实时修复，大大提高了战场环境下的机动性。
同时，利用LCD技术，通过混合粉末或控制喷嘴同时输送不同的粉 末， 可以成形金属-金属和金属-陶瓷等功能梯度材料。美国里海大学 的Fredrick等 研究了利用LCD技术制造Cu与AISI 1013工具钢梯度 功能材料的可行性， 通过工艺优化以及利用Ni作为中间过渡层材料，解决了梯度材料成形过程中两相不相容和熔覆层开裂的问题。美国南卫理公会大学的MultiFab实验室利用LCD技术成功制造了同时具有纵向和横向梯度的金属-陶瓷复合材料 零件，如图2（a）所示。斯洛文尼亚马里堡大学也对Cu/H13梯度材料的LCD工艺进行了研究，得到了无裂纹的Cu/H13梯度材料，且试样拉伸强度高于普通铸造铜，如图2（b）所示。
此外，美国Sandia国家实验室和密苏里科技大学等研究机构也分别研究了Ti/TiC、Ti6Al4V/In 625和In 718/Al2O3等不同材料的功能梯度零件LCD成形工艺。国内方面，西北工业大学杨海鸥、黄卫东等研究了316L/Rene 88DT梯度材料的LCD成形工艺，并总结了熔覆层微观组织和硬度随着梯度材料不同成分含量变化而变化的规律。西安交通大学解航、张安峰等进行了Ti6Al4V/CoCrMo功能梯度材料的LCD研究。此外，北京有色金属研究院席明哲等研究了316L/镍基合金/Ti6Al4V的成形工艺，沈阳理工大学田凤杰等则研究了梯度材料LCD成形同轴送粉喷嘴的设计。 LCD设备的升级和改进也是国 内外研究的热点之一。
美国密苏里科技大学Tarak等开发了LAMP加工系统，将LCD技术和CNC切削技术结合，在机床主轴上安装激光头，从而实现对熔覆成形后的零件实时加工，提高了生产效率，同时保证 了零件精度。同样来自美国南卫理公会大学MultiFab实验室的研究人员将五轴联动技术应用于LCD，通过工作台摆动旋转调整，从而克服悬臂件加工支撑的问题，可以成形各类复杂悬臂零件。德国DMG MORI公司 开发的LaserTec 65同样将五轴联动 切削加工与LCD结合起来，用于复杂形状模具、航空异形冷却流道等零件的加工制造。国内对于LCD设备 的研究较少， 目前西安交通大学正在研制一台五轴联动激光增材-减材一体化成形机。
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