难熔金属材料增材制造工艺研究进展

难熔金属材料具有良好的高温力学性能和高温稳定性,常用于制备耐热部件,被广泛应用于航空航天、国防工业等领域。然而,难熔金属的熔点比较高,室温塑性延展性能不佳,使用传统的加工方式制备复杂结构件时存在加工困难等问题。增材制造作为一项新兴的技术,基于三维模型数据,以激光、电子束、特殊波长光源、电弧及其多种组合作为能量源,利用“离散-堆积”成形原理制造实体部件,制备零件的尺寸可以从微米级到米级,为难熔金属复杂结构件的制备提供了新的途径。本文首先概述了增材制造技术的分类、特点及其应用,然后介绍了增材制造技术制备难熔金属的现状以及目前存在的主要问题,最后综述了增材制造工艺调控难熔金属材料微观组织和力学性能的研究进展,并对增材制造技术在难熔金属领域应用的发展方向进行了展望。     

基于增材制造的硬质合金粉末研究现状

硬质合金是由难熔金属碳化物（WC,TiC,NbC等）和金属粘结相（如Fe,Ni和Co）组成,通过粉末混合、压制然后烧结而成。然而传统的粉末冶金成形方法模具成本高,难以形成复杂零件。相比之下,增材制造（3D打印）采用数字化叠层加工技术,能够实现快速精准的成形。研究与开发适于增材制造的硬质合金粉末是其中的关键一步,目前,增材制造的硬质合金粉末制备方法主要分为以下4类:机械合金化法、球形WC粉末表面包覆技术、喷雾干燥技术、等离子体球化技术,这4种方法在制备原理、成本和成形方法的灵活性上均有所不同。因此,综述了适用于增材制造成形的硬质合金粉末的4种制备方法,并对制备粉末的特性以及成形性能进行了对比,总结了粉末制备原理、各自的优缺点以及适用的增材制造成形工艺,希望可以推动增材制造成形硬质合金的研究发展。     

金属材料电弧增材制造技术研究现状

电弧增材制造（WAAM）技术将电弧作为热源，具备熔敷效率高、设备简单、成本较低的特点，在制备大型零件时具有更大的优势。基于3种典型电弧热源的电弧增材制造方法包括熔化极电弧（GMA）增材制造、非熔化极电弧（GTA）增材制造与等离子弧（PA）增材制造。GMA增材制造技术拥有熔敷效率高、易于实现等特点，特别是基于冷金属过渡（CMT）的增材制造技术取得了重要进展，主要缺点在于熔滴过渡对熔池的显著冲击易影响成形精度和质量。GTA增材制造技术具有最为稳定的电弧燃烧过程，具有无飞溅、成形精度与质量高等显著优势，特别适合于铝合金、镍基合金、钛合金等材料的增材制造。PA增材制造与GMA增材制造与GTA增材制造相比，存在能量密度高、集束性好等优点。但是PA合理参数区间较窄、参数匹配复杂、热输入大等缺点也限制了其在该领域的应用。由于增材制造过程使得后堆积层存在反复加热与冷却，增材制造成形件组织存在上中下区域的差异以及熔敷方向及垂直于熔敷方向性能的各向异性。增材制造金属材料的热循环过程对于晶粒尺寸、熔覆层性能以及成形精度非常关键，分别可以通过改变成形件冷却条件、改变熔池凝固条件对组织性能进行改善。新型电弧热源...     

金属增材制造技术的关键因素及发展方向

金属增材制造技术是一种短流程、近终形的新型材料成形技术.在金属增材制造技术中, 设备是载体, 材料是关键, 工艺是基础, 三者是影响金属增材制造技术发展的关键因素.本文通过对具有代表性的金属增材制造技术的特点进行总结, 分析了设备、材料和工艺之间的关系以及三者在金属增材制造技术中的重要作用; 综述了金属增材制造设备的原料供给系统、成形系统和控制系统的研究现状; 总结了金属增材制造材料中钛合金、镍合金、铝合金和钢铁材料的典型组织特点和力学性能; 论述了金属增材制造工艺参数对残余应力、孔洞、精度和组织的影响; 指出了目前金属增材制造技术在设备方面存在设备成本高、产品成形尺寸受限、成形效率低等问题, 在材料方面存在生产成本高、适用性差等问题, 在工艺方面存在参数匹配困难、热积累严重等问题; 从降低设备和材料成本、扩大产品成形尺寸范围、提高产品精度和成形效率、拓展材料种类和适用范围、减少工艺参数匹配难度、提升产品质量及综合性能、开发金属增材制造新技术方面展望了金属增材制造技术的发展方向.      

球形钛合金粉末制备技术及航空增材制造应用研究进展

钛合金具有高强轻质耐高温的特点,因而成为拥有巨大前景的航空结构材料。传统的机械制造工艺难度大、成本高,限制了钛合金的应用。增材制造(AM)作为新兴的先进制造技术,可以通过逐层加工的方式制造出具有较高三维精度的金属部件,从而实现钛合金的近净形加工。因此,首先介绍了球形钛合金粉末制备技术,其中包括等离子旋转电极雾化法（PREP)、电极感应气体雾化法（EIGA）、等离子体雾化（PA）和等离子球化技术（PS）等,对比4种球形钛合金粉末的制备技术和优缺点,以及在航空增材制造的应用,包括激光选区熔化（SLM）、电子束选区熔化（EBSM）和激光熔化沉积（LMD）等,总结了不同钛合金粉末制备技术在航空增材制造的应用特点和发展趋势,并指出钛合金增材制造未来发展的关键是低间隙钛粉的制备,增材制造设备高精度、高效率和大型化将是未来的发展趋势。     

基于钛合金丝材的增材制造技术研究进展

金属增材制造技术自诞生以来,经快速发展,已在诸多领域得到了广泛的应用,被列入决定未来经济的十二大颠覆性技术之一。基于丝材的金属增材制造技术由于其沉积效率高、制造成本低、制造周期短和材料利用率高,近年来成为国内外研究和应用的热点。本文以钛合金丝材为原材料,针对广泛采用的电弧/等离子弧熔丝、电子束熔丝和激光熔丝增材制造技术,分别从成形工艺参数优化、宏微观组织结构分析、后热处理组织性能调控及专用原材料开发等方面所取得的最新研究成果进行了详细论述。在此基础之上,介绍了基于钛合金丝材的增材制造在工程化应用及相关标准规范的制定情况。最后,指出钛合金丝材增材制造技术在组织和性能等方面存在的固有不足,提出了采用锻造+增材复合成形复合后处理和专用丝材研制等方法,并建立有别于传统锻造和铸造的新标准体系,有助于推广其在各领域的大规模应用。     

增材制造模具的研究进展

介绍了增材制造技术的原理以及几种常用工艺，指出了增材制造技术在模具制造行业的应用优势。重点介绍了增材制造塑料模具钢、热作模具钢和冷作模具钢的最新研究进展及相关成果；阐述了增材制造技术工艺参数(扫描功率、扫描速度和能量密度)对成形件的相对密度、微观组织结构和力学性能的影响以及相应的后处理工艺。最后列举了增材制造在模具行业的应用实例，分析指出了当前增材制造模具面临的挑战和一些相应的解决措施以及今后的发展趋势。     

面向野外装备应急维修的金属增材制造技术

金属增材制造技术具有利用率高、柔性高及快速性等特点,如果将其用于野外装备应急维修,将能有效克服传统装备应急维修方法的缺陷,提升野外装备的应急保障能力。本文对常见金属增材制造技术的成形效率、成形精度、力学性能进行对比,结合金属增材制造技术在国内外装备维修领域的应用现状以及野外装备应急维修的特点,从成形质量、成形能力、设备机动性以及抗干扰能力等几个方面展开分析,得出激光熔覆沉积以及电弧熔丝技术更适用于野外装备应急维修。最后就激光熔覆沉积以及电弧熔丝技术应用于野外装备应急维修亟待解决的问题以及今后发展趋势展开讨论。     

金属粉床增材制造奥氏体不锈钢的研究进展

摘要：金属增材制造技术成形奥氏体不锈钢易出现与传统制备方法完全不同的非平衡亚稳微观组织,表现出独特的性能,其中激光增材制造的316L不锈钢,兼具高屈服强度、良好的伸长率以及优异的耐腐蚀性能。系统综述了近年来国内外激光增材制造316L不锈钢的研究进展,针对其高冷却速率、微熔池冶金、强非平衡凝固和复杂热履历成形条件,阐述其微观组织结构的形成机制和调控方法,以及对力学性能和腐蚀行为的影响规律,重点分析了激光增材制造316L奥氏体不锈钢的强韧化机制,最后展望增材制造奥氏体不锈钢的未来研究方向。     

金属材料增材制造技术的应用研究进展

金属材料增材制造技术作为3D打印应用的重要方向之一,已经有30多年的发展历程,相比传统加工制造方式具有周期短、效率高、节约材料以及特别适合成形复杂零件等优点。首先介绍了金属材料增材制造技术的基本原理和发展历程,列举了世界各国在3D打印技术领域推出的发展规划和技术规范,简述了金属材料增材制造在国内外应用研究现状及其取得的成果,最后指出金属材料增材制造技术需要在金属粉末、零件表面质量、成形尺寸、国际标准等方面进行重点研究。     

NdFeB增材制造技术的研究现状及应用展望

NdFeB稀土永磁体常用于电机或硬盘驱动器，可将电能转换为机械能，其制备过程复杂，涉及多项加工工序。近年来，增材制造等近终成形制造技术迅猛发展，其加工工序具有短流程特点，可大幅降低材料损失、能源消耗、加工周期和人工成本。冷喷增材制造等工艺可用于生产粘结NdFeB磁体。烧结NdFeB磁体的粉末粒度较小，在与增材制造工艺结合过程中难度较大，选择性激光烧结等熔融增材制造法是比较可行的制备方式。间接3D打印技术把3D打印与粉末冶金的挤出打印工艺结合起来，有望应用于NdFeB磁体制备。     

增材制造技术制备生物植入材料的研究进展

增材制造技术突破了传统模具加工工艺的限制，可用于高效个性化定制生物医用材料。近年来，医学上对骨骼修复和移植的个性化需求显著增加，增材制造可满足该定制化的需求，促使增材制造技术在生物医用材料领域占据重要地位。随着材料科学技术和计算机辅助技术（CAD/CAM）的发展，可用于增材制造的生物植入材料不再局限于钛系、钽系、钴铬钼等合金，聚醚醚酮、磷酸钙盐等非金属类材料因良好的生物相容性也得到了广泛应用，增材制造技术制备仿生人造骨植入体成为新的研究热点。本文介绍了增材制造技术的原理，对激光、电子束、光固化等增材制造技术进行了比较，并阐述了增材制造在生物植入体和医疗器械方面的应用现状，对增材制造技术在医疗领域的应用及发展做了展望。     

难熔高熵合金激光增材制造：研究进展与展望

难熔高熵合金（RHEAs）是一类以Nb, Mo, W, Ta等难熔元素为主元的高熵合金（HEAs），具有简单的相结构和优异的高温综合力学性能，在航空航天、核能和石油等领域具有广阔的应用前景。由于RHEAs室温脆性难加工的特点，传统的工艺方法在制备RHEAs时存在制造过程复杂、周期长、材料利用率低、成本高等诸多问题，极大地限制了RHEAs的发展和应用。激光增材制造（LAM）技术因其能实现复杂零件的直接自由成形，而逐渐成为制备RHEAs的一条重要途径，为RHEAs的研发和应用带来了新的契机。对近年来激光增材制造RHEAs的研究现状进行了综述，介绍了激光增材制造RHEAs的成形特性，分析了RHEAs打印件的相组成和显微组织特征，总结了打印件的显微硬度、压缩强度以及耐磨、耐腐蚀和抗高温氧化性能。最后归纳出目前激光增材制造RHEAs的现存问题，并对其未来的发展趋势进行了展望。     

粉末床增材制造中粉末分层与熔融行为的研究进展

基于粉末床的增材制造技术在成形复杂形状、性能优异零件上具有显著优势,近年来成为发展最快、应用最广的增材制造技术之一。该过程涉及微观组织演化、介观粉末流动/熔融、宏观应力变形等多个尺度上的复杂行为,对这些行为的深入理解是稳定地成形制造出性能优异零件的关键。本文主要从介观尺度上研究了制造过程中粉末性质和加工条件对粉末流动分层,粉末层质量和加工参数的影响,对粉末熔融行为的研究现状进行了综述。     

激光增材制造技术制备高熵合金研究进展

介绍了激光增材制造高熵合金的工艺方法,从成形工艺、合金元素含量（摩尔分数）、热处理工艺和增强相添加等几个方面综述了国内外激光增材制造高熵合金的研究进展,分析了激光熔化沉积和选区激光熔化成形两种主要激光增材制造技术,以及两种技术制备高熵合金的微观结构和力学性能,指出了高熵合金激光增材制造技术的发展趋势及存在的主要问题,并提出了改进措施。     

高铌TiAl合金复杂构件制造技术研究进展

受材料本征脆性的限制,高铌TiAl合金复杂构件不适于通过机械加工获得,目前主要通过近净成形制备。分析了高铌TiAl合金的强化机制,并主要从铸造和增材制造2个方面介绍了高铌TiAl合金复杂构件加工技术的发展现状。熔模铸造TiAl合金技术成熟,已经可以实现批量化生产,但目前仍存在工艺复杂、模具制作难度大、成本高的问题。增材制造技术尤其是EBM技术取得了较快发展,高铌TiAl合金复杂构件的加工问题在一定程度上得到了解决,但产品依然存在表面粗糙度大、成形精度低等问题。     

增材制造高强度钢的研究与应用进展

高强度钢的增材制造已成为金属增材制造领域发展的主要方向之一,首先,对增材制造金属材料与技术的研究进展与前沿动态进行了追踪,分别对低合金超高强度钢、高合金超高强度钢以及高强度不锈钢三种类型高强度钢重点牌号的相关研究进行分析,详细总结了各种典型高强度钢的制粉和打印工艺、热处理工艺以及组织性能等方面的相关工作。其次,重点关注了国内外增材制造高强度钢的典型应用和主要研究成果。针对目前高强度钢增材制造领域标准体系建设的不足,在专用合金的正向设计与研发、大尺寸高精度与智能化装备发展以及标准体系建设三个方面提出了相关建议。基于对增材制造高强度钢的研究与应用进展的分析,提出了领域重点关注方向以及相关技术进一步发展的趋势,以助于促进增材制造高强度钢的工业化推广应用。     

大型金属构件多机协同增材制造前沿进展

随着中国航空航天、舰船、轨道交通等领域关键金属构件向着大型化、一体化的方向发展，增材制造技术正逐渐成为新一代高强轻质合金结构件的重要制造手段。为突破单一机器人成形效率限制，改善增材成形件的残余应力及组织性能，多机协同式增材制造（MCAM）逐渐成为研究热点。综述了近年来国内外采用MCAM的方式成形大型金属构件的相关研究进展。MCAM技术仍处于理论探索阶段，目前仅对多机器人任务分配算法与控制进行了初步探究，尚未针对多热源协同制造的控形控性机制开展深入研究工作，距离满足大型复杂金属构件的高精、高效、形性一体化成形需求仍有一定距离。后续研究工作可围绕多热源增材组织演变行为和力学性能优化、大型构件应力变形演变机制与调控、多机器人协同在线成形检测与控制等难点开展，支撑新一代大型高强轻质合金结构件的高质量制造。     

增材制造17-4PH马氏体不锈钢研究进展

17-4PH马氏体不锈钢具有高强高韧以及耐腐蚀等优异性能,在航空航天、核能和民用工业等领域得到广泛的应用。增材制造技术通过离散堆积的制备方法,能够实现复杂异形零部件的成形,满足装备迭代的需求。综述了国内外增材制造17-4PH的研究成果,针对增材制造微小熔池、快速熔凝、复杂热历史冶金特点,介绍影响增材制造17-4PH试样致密度的因素,阐述其相构成、微观组织和力学性能,简述后处理对17-4PH力学性能的影响规律,最后对增材制造17-4PH的发展进行展望。     

电弧增材制造钛合金成形工艺与过程控制

电弧增材制造（wire arc additive manufacturing, WAAM）技术被认为是制造大型钛合金构件最具前景的增材制造技术之一。然而，成形过程稳定性差、成形件表面质量及尺寸精度低是制约WAAM钛合金构件推广运用的主要瓶颈，对WAAM成形过程进行实时监测及反馈控制是解决这一难题的重要研究方向，也是当前WAAM钛合金研究的热点之一。对于WAAM钛合金的高效稳定成形而言，成形机制的研究是基础，工艺及装备的优化是保证，成形过程的监测与控制是关键。简要介绍了WAAM钛合金的成形工艺、装备及其运用，指出了成形件组织及力学性能的特点及其调控方法。通过对WAAM钛合金常见缺陷及其形成机制的分析，指出了WAAM装备设计与工艺优化的方向。总结了WAAM成形过程中基于视觉信号、电信号、声信号及多信号融合的在线监测方法，综述了成形过程控制方法及控制系统的发展。最后，对全文进行了总结，展望了未来WAAM钛合金成形与控制领域值得深入研究的方向。