诞生于20世纪70 年代末期的增材制造技术是制造技术原理的一次革命性突破，它形成了最能代表信息化时代特征的制造技术，即以信息技术为支撑，以柔性化的产品制造方式最大限度地满足无限丰富的个性化需求。增材制造技术是一种兼顾精确成形和高性能成形需求的一体化制造技术。它将信息化增材成形原理与激光熔覆技术相结合，是一门融合了激光技术、计算机软件、材料、机械、控制、网络信息等诸多现代先进技术而形成的一项实现高性能致密金属零件快速自由成形的技术[1]。

1国内外发展现状

目前增材制造技术的快速成形方法有10 多种，各种快速成形方法均具有自身的特点和适应范围。按照加工材料的类型，可以分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等，而目前在航空发动机上应用最接近、技术相对较成熟的应属金属增材制造。金属增材制造的方法目前主要有两种，即以同步材料送进为主要技术特征的激光(或电子束)立体成形技术(LSF，见图1(a))和以粉末床为主要技术特征的选区激光(或电子束)熔化技术(SLM，见图1(b))。

1.1 技术研究现状

金属零件的直接增材制造的技术构思，是由美国联合技术研究中心(UTRC)在1979 年首先提出的，其应用对象就是航空发动机涡轮盘。1994 年，国际3 大航空发动机公司之一的英国Rolls-Royce 公司通过英国Crankfield 大学开始探索航空发动机机匣的LSF 制造技术。不过直到2000 年，美国波音公司首先宣布采用LSF 技术制造的3 个钛合金零件在F-22和F/A-l8E/F飞机上获得应用，并在2001 年制定了LSF 技术的美国国家标准(该标准在2011 年进行了修订)，才在全球掀起了金属零件的直接增材制造的第一次热潮。

不过，航空发动机服役的苛刻环境决定了其对零件制造的要求极高，因此，在很长一段时间里，金属直接增材制造的重点还是着重于航空发动机零部件的修复。致力于使LSF 技术商用化的美国Optomec Design 公司，将LSF 技术应用于T700 美国海军飞机发动机零件的磨损修复，实现了已失效零件的快速、低成本再生制造。德国MTU 公司与汉诺威激光研究中心则将LSF 技术用于涡轮叶片冠部组里面的硬面覆层或恢复几何尺寸。德国Fraunhofer 研究所则重点研究了LSF 技术在钛合金和高温合金航空发动机损伤零部件修复再制造的应用。英国Rolls-Royce 航空发动机公司则将LSF 技术用于涡轮发动机零部件的修复及成形(图2)[2]。瑞士洛桑理工学院W. Kurz 教授的研究组采用LSF 技术实现了高温合金单晶叶片的修复。

国内在航空航天高性能金属零部件的直接增材制造方面的研究单位主要以西北工业大学、北京航空航天大学、西安交通大学和华中科技大学为代表，上海交通大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学、中航工业北京航空制造工程研究所和西北有色金属研究院等也有相关的研究工作。

西北工业大学于1995 年开始在国内率先提出以获得极高力学性能构件为目标的金属LSF 的技术构思，针对航空航天等高技术领域对结构件高性能、轻量化、整体化、精密成形技术的迫切需求，开展了钛合金、高温合金、超高强度钢和梯度材料激光立体成形工艺研究，突破了结构件的轻质、高刚度、高强度、整体化成形，应力变形与冶金质量控制，成形件组织性能优化等关键技术，激光成形和修复了大量重点型号中的关键零部件，解决了重点型号任务研制过程中迫切需要解决的关键技术难题，为型号研制与生产提供了有力的技术保障。针对大型钛合金零部件的LSF，解决了大型零部件变形控制、几何尺寸控制、冶金质量控制、系统装备等方面的一系列难题。基于LSF 技术开展了系统的激光成形修复的研究与应用工作，已经针对发动机部件的激光成形修复工艺及组织性能控制一体化技术进行了较为系统的研究，并在小、中、大型航空发动机机匣、叶片、叶盘、油管等重要关键零部件的修复中获得广泛应用(如图3所示)。

北京航空航天大学在増材制造方面重点研究飞机大型钛合金构件的LSF 制造，并具备研制LSF 激光立体成形装备的能力。在金属直接制造方面所开展的长期研究工作，突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型整体关键零部件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术，解决了大型整体金属零部件激光成形过程中变形与开裂“瓶颈难题”、内部缺陷与内部质量控制及其无损检验关键技术，飞机零部件综合力学性能达到或超过钛合金模锻件，已研制生产出了我国飞机装备中迄今尺寸最大、结构最复杂的钛合金及超高强度钢等高性能关键整体零部件，并在大型客机C919 等多型重点型号飞机研制生产中得到应用。2012年，“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获得国家技术发明一等奖。

文章来源：《现代制造技术与装备》 网址: http://www.xdzzjsyzb.cn/zonghexinwen/2020/1012/628.html

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