20 世紀(jì) 90 年代激光直接沉積技術(shù)被國際上多個(gè)研究機(jī)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立地發(fā)展起來 , 并且被賦予了不同的名稱 , 如激光熔敷( Laser Cladding) 、激光直接鑄造( La- ser Direct Casting) 、直接金屬沉積 ( Direct Metal Depo- sition , DMD) 、激光固化 ( Laser Consolidation , LC)、激光金屬成形 ( Laser Metal Forming , LMF) 、激光工程化凈成形 ( Laser Engineered Net Shaping , LENS) 、受控光制造 ( Directed Light Fabrication , DLF) 、激光成形 ( Laser Forming , LF)、基于激光的自由實(shí)體制造(Laser Babsed Free-form Fabrication , LBFFF) 、激光立體成型( Laser Solid Forming , LSF) 以及激光直接制造技術(shù)( Directed Laser Fabrication , DLF) 等 , 這些技術(shù)名稱雖然不同 , 但基本的技術(shù)原理卻是完全相同的 。

激光直接沉積成形技術(shù)( DLD) 的生產(chǎn)效率高于SLM , 并且成形尺寸基本不受限制( 僅取決于設(shè)備的運(yùn)動(dòng)幅度) , 可實(shí)現(xiàn)同一構(gòu)件上多材料的任意復(fù)合和梯度結(jié)構(gòu)制造 , 并可用于損傷構(gòu)件的高性能修復(fù) 。但是 , DLD技術(shù)表面質(zhì)量不如SLM , 制造后需要二次加工 。目前 , 激光直接沉積技術(shù)所應(yīng)用的材料已涵蓋鈦合金、鎳基高 溫合金、鐵基合金、鋁合金、難熔合金、非晶合金以及梯 度材料等 , 其中鈦合金的應(yīng)用最為成熟 。
三、激光增材制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 激光選區(qū)熔化成形技術(shù)
在金屬粉末選擇性燒結(jié)技術(shù)的基礎(chǔ)上 , 為了解決SLS 過程中粉末連接強(qiáng)度不高的問題 , 提高材料致密度 , 德國 Frauhofer 研究所于 1995 年提出了激光選區(qū)熔化技術(shù)SLM 。2002 年該研究所在激光選區(qū)熔化技術(shù)方面取得巨大成功 , 可一次性地直接制造出完全致密性的 零件 。
目前國際上已經(jīng)有多家成熟的SLM設(shè)備制造商 , 包括德國EOS(Electro-Optical System Gumbo) 公司 , 德國 Realizer 公司 , SLM Solutions 公司 , Concept Laser 公司 , 美國 3D公司 , Renishaw PLC 公司和 Phenix Systems 公司等 。上述廠家都開發(fā)出了不同型號(hào)的機(jī)型 , 包括不同的零件成形范圍和針對(duì)不同領(lǐng)域的定制機(jī)型等 , 以適應(yīng)市場(chǎng)的個(gè)性化需求 。德國 EOS 公司新開發(fā)的激光選區(qū)熔化設(shè)備 EOSINT M400 - 4 采用 4 個(gè)束源質(zhì)量高的 Yb 光纖激光器 , 成形范圍達(dá)到 300 mm × 300 mm × 350 mm , 功率為 1 kW , 激光束最小光斑為 90 μm , 最大掃描速度 7 m/s , 其成形零件性能與鍛件相當(dāng) , 如圖 4 所示 。
德國Hofmann集團(tuán)( 世界上主要的金屬激光熔鑄設(shè)備生產(chǎn)廠家之一) 的 Concept Laser 公司生產(chǎn)的 X 系列2000R 為全球最大的激光金屬 3D 打印機(jī) , 其采用雙激光系統(tǒng) , 每個(gè)激光器功率為 1KW , 成形的范圍達(dá)到 800 mm × 400 mm × 500 mm , 如圖 5 所示 。
在國內(nèi)華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室是國內(nèi)最早從事SLM技術(shù)的研究工作的單位之一 。華中科技大學(xué)模具國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室快速制造中心先后推出了 HRPM - Ⅰ和 HR- PM - ⅡA , 武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)和制造了 NRDSLM - Ⅰ、NRD - SLM - Ⅱ等設(shè)備 。NRD - SLM - Ⅱ型 設(shè)備成形尺寸范圍: 320mm × 250mm × 250 mm 。
在技術(shù)應(yīng)用方面 , 通用電氣( GE) 公司利用 SLM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了離心式燃油噴嘴的打印 , 如圖6 , 目前該噴嘴已 成功應(yīng)用于 CFM 國際公司開發(fā)的 LAEP - X 發(fā)動(dòng)機(jī) , 并實(shí)現(xiàn)了首飛 。該項(xiàng)技術(shù)被評(píng)為全球 2013 年十大技術(shù)突破之一 , 并且通過了 FAA 適航認(rèn)證 , 技術(shù)成熟度 TRL > 8[35] , 預(yù)計(jì)到 2020 年 GE 將生產(chǎn) 10 萬個(gè)噴嘴 。2015年 , 美國聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Administration , FAA) 正式批準(zhǔn)了 GE 公司采用 SLM 制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī) 傳感器殼體 , 如圖 6 所示 , 應(yīng)用于 GE - 9X 系列商用發(fā)動(dòng)機(jī) , 目前 , 該零件已經(jīng)安裝在 400 個(gè) GE90 - 94B 發(fā)動(dòng)機(jī)中 。
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