激光快速成型技术发展应用进程区域

钛合金结构件快速成形技术，是以钛合金粉末为原料，通过激光熔化/快速凝固逐层沉积 生长制造 ，由零件CAD模型一步完成全致密、高性能钛合金结构件的。传统工艺制造属于 雕刻 ，做 减法 ，铸锭－制胚－模具－模锻，材料利用率只有7%；增材制造，属于 塑造 ，是做 加法 ，材料利用率80%以上。出的零件，超过或者等同于锻件的性能，抗疲劳强度，比锻件高 %，疲劳裂纹扩散速率降低一个数量级，常规性能和锻件差不多，但高温、持久、抗疲劳性能比锻件好很多。这种加工方法，不能包打天下，适合难加工的、高性能的、贵的、别的方法做不出来的零件，优势是成本、周期、性能，这个方面我们走到了美国人前面。该技术是一种 变革性 的数字化、先进 近净成形 技术,为大型钛合金结构件的低成本、短周期、近净成形制造提供了一条新的技术途径,在先进战机、大型飞机、高推重比航空发动机、重型燃气轮机等重大工业装备的研制生产中具有重要的应用前景。增材制造，可以说是第三次工业革命。激光快速成形过程中零件变形开裂预防、内部质量(内部缺陷、晶粒及显微组织等)及力学性能控制、工程化成套装备与过程控制、应用技术标准等是制约飞机大型整体钛合金结构件激光快速技术走向工程应用的关键技术难题。金属所有人都是一样的思路，金属粉末输送，成型。但是金属粉末到底颗粒多大， 0微米还是50微米，激光到底怎么加，功率多大，什么波长，是持续还是用连续脉冲，脉冲给多长，烧结到多少温度，之后怎么降温，这些才是技术重点，肯定也是无数次实验才得到的结果。至于大功率，那完全就是一通用工具而已。将来增材制造的普及的确会带来巨大的便捷。只要有一台 D打印机，懂得编程的自己DIY，不懂编程的上搜一下文件，就可以在家里制造出各种形状摆件、用品，满足不同的个性化需求，对家庭日用品制造业将产生一定的冲击。但王华明在讲座中说过，增材制造不能包打天下，适合难加工的、高性能的、贵的、别的方法做不出来的零件，优势是成本、周期、性能，对于一般制造业来说，传统制造的优势依然明显，一套模具开发起来虽然费时费力，不过一旦大规模生产，其效率远非增材制造可比，而且费用也比增材制造大大降低。

国外进展：最早日本于1979年提出 快速原型 这个概念，经过了将近十年的酝酿，世界上第一台该领域实用设备于1988年诞生于美国，随后增材制造的各种工艺如雨后春笋般层出不穷，累计有十几种之多。受到能量束稳定功率及计算机发展水平的制约，最开始的增材制造工艺只适合于木料、树脂、塑料等原材料的快速成型。随着科技的不断进步，金属材料逐渐进入人们的视线，特别是上世纪90年代初美国率先开展基于成型的工艺研究把增材制造提升到一个全新高度，追求复杂结构、优良力学性能的金属直接成型工艺成为了增材制造领域研究的热点。诚然，美国最早开始研究这一热点方向，1985年就开始偷偷地研究，并很接近成功，干了20多年，只能做小玩艺，大的不行，现在多数只能做激光修复。美国于整体结构件5平方米，美国做不了，f22的机翼和机身连接件，超大超复杂的钛合金构件，因为太复杂20、 0万吨的水压机也做不出来，美国人就分成三个铸件，然后热等静压再焊接，铸件的性能很差，但美国人没办法，f22就是这样用的。在解决激光成形过程中零件严重 变形开裂 和内部缺陷和内部组织 控制等长期制约该技术发展的重大 瓶颈难题 上，除北京大学取得了可喜突破外，国内外迄今一直未能取得实质性进展，致使目前大型金属构件激光快速成形技术研究在国际上落入 低潮 ，国际上大部分从事激光快速成形技术研究的单位大多转向零件 激光修复 领域。2012年奥巴马在卡内基梅隆大学，宣布创立美国 制造创新国家络 计划，成立15个制造创新中心组成络，投资10亿美元。经过5个多月的论证最后还是选了 增材制造 作为第一个中心的研究方向。

中国领先：最终将 增材制造 发扬光大并占领制高点的却是来自中国的研究人员。我国钛合金激光快速成形技术，2012年，北京航空航天大学王华明教授，在中科院 科学与技术前沿论坛 上作了一次《飞机钛合金激光快速成型的应用》的讲座，这是中科院院士搞的一系列讲座，曝出一个石破天惊的巨大秘密――中国的激光快速成型（ D打印）应用技术领域已经走在了美国人的前面，成为世界唯一掌握并实现装机工程的国家。建立了工程化成套装备和标准体系（9种材料，57个标准），2004年开始全面运用。已经解密的王华明工艺进展：

①突破了飞机大型主、次承力钛合金结构件激光熔化沉积制造关键技术。在国家自然科学基金 重点 及 杰出青年基金项目 、国家97 计划专题、国家86 计划课题、国防基础科研重大项目等的重点支持下，自1998年以来一直致力于钛合金、高温合金、耐热高强度钢、超高强度钢、金属间化合物合金等先进航空金属结构材料及其梯度材料激光熔化沉积成形工艺、成套工艺装备及工程化应用关键技术的研究，自主研制成功国内首套、具有自主知识产权的 自由平面接触／动态密封／惰性气氛保护 钛合金结构件激光快速成形成套工艺装备系统。突破了飞机钛合金次承力结构件激光熔化沉积制造工艺及装机应用关键技术，激光熔化沉积制造TC4、TA15、BT22、TC2等钛合金室温及高温拉伸、光滑疲劳等力学性能达到钛合金锻件水平，而高温持久及缺口疲劳等力学性能显著超过锻件，特别是激光熔化沉积制造角盒等飞机构件疲劳寿命大幅超过钛合金锻件对比件，独立制定出了我国首套激光熔化沉积制造飞机钛合金结构TAl5钛合金角盒、飞机座椅上下支座、腹鳍接头等飞机钛合金结构件，已成功实现在多种重点型号飞机上的应用，零件材料利用率提高了5倍、制造周期缩短了2／ 、制造成本降低了1／2以上!使我国成为继美国之后(2001年)、世界上第2个掌握飞机钛合金结构件激光熔化沉积制造及装机应用技术的国家！近期在飞机大型主承力钛合金结构件激光熔化沉积制造工艺、过程控制、长期工艺稳定性及构件质量保障等系列核心关键技术上取得了突破性进展，成功激光快速成形制造出了零件单件重量逾46kg的多种飞机大型关键钛合金结构件及尺寸达1700x 60x240mm的飞机大型复杂主承力关键钛合金全尺寸构件。此外，还掌握了多性能梯度材料零件激光熔化沉积制造关键技术，激光熔化沉积制造出了Ti／TA15、TA15/TiAL、TC4/TA15／BT22、GH4141／1CR12Ni2WMoVNb、Rene95／1Crl8Ni9Ti等多种梯度材料钛合金及TiAI金属间化合物零件样件及直径达550mm、具有快速凝固径向定向微细柱状晶梯度组织的镍基高温合金发动机涡轮盘样件。