摘要：激光立體成形技術是從 20世紀 80年代初期發(fā)展起來的一項先進制造技術，能夠實現(xiàn)高性能復雜結構金屬零件的無模具、快速、全致密近凈成形。該技術可以用于承受強大力學載荷的三維實體金屬零件的快速制造，也可應用于具有較復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。主要圍繞激光立體成形技術在追逐高力學性能方面的研究工作，綜述了激光立體成形研究和應用的主要進展情況。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性能同鍛件相當，導致這樣優(yōu)越的力學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)。激光立體成形技術的主要應用對象是兼顧高性能和復雜結構的金屬零件的制造和修復。實現(xiàn)高性能修復是激光立體成形技術最近的一個引人注目的研究進展，修復零件的力學性能可以僅在簡單的退火熱處理狀態(tài)下即達到鍛件力學性能標準，這使得過去認為不可修復的高性能重要金屬零件具備了現(xiàn)實的修復技術途徑，這必將是激光立體成形技術最有前景的應用方向之一。

關鍵詞：激光立體成形；金屬零件；快速制造；修復

1.前言

1995年，本文作者注意到了當時蓬勃發(fā)展的快速原型技術，遂產(chǎn)生了利用快速原型技術的實體自由成形原理快速制造具有復雜形狀的高性能金屬結構件的想法。這在當時是一個大膽的新想法。當時除了激光選區(qū)燒結 ( SLS)可以制造承載較小力學載荷的金屬或陶瓷注塑模具外，幾乎所有的快速成形技術都主要是針對制造原型而不是承載高強度力學載荷的高性能結構件，所采用的成形材料也十分廣泛，包括紙、樹脂、臘、陶瓷、金屬等，因而快速原型技術一度被作為快速成形技術的同義詞。由于作者長期在航空航天材料成形領域從事研究工作，意識到如果發(fā)展出一種實體自由成形快速制造具有復雜形狀的高性能金屬結構件的技術，對于航空航天領域的材料成形將具有十分重要的價值。

快速成形技術的主要技術特征是數(shù)字化增材成形三維實體零件，如果構成零件的點、線、面基元結構具有高強度，同時這些基元結構在添加成形過程中形成高強度的結合，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，激光熔覆技術滿足以上條件，因此，形成了把快速原型技術的數(shù)字化增材成形原理同激光熔覆相結合，發(fā)展了一種自由成形高性能復雜結構金屬零件的技術構思。實現(xiàn)這個新技術構思首先必須解決的關鍵問題，是獲得材質致密、組織結構細小均勻的金屬成形件。因此，1997年立項，由西北工業(yè)大學和中航集團北京航空工藝研究所合作承擔的航空科學基金重點項目，就是題為 / 金屬粉 材激光立 體成形 ( Laser SolidForm ing，LSF)的熔凝組織與力學性能研究0。作者對這項技術是否可以實現(xiàn)其預定目標的唯一擔心，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致的應力的負面效應。研究結果表明，在適當?shù)墓に嚄l件下,激光立體成形金屬結構件可以獲得很高的力學性能，通�？梢赃_到與鍛件相當?shù)木C合力學性能。雖然應力效應是可以克服的，但始終是激光立體成形需要高度關注的問題。對于激光立體成形件可以獲得與鍛件相當?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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