金屬材料增材制造技術的應用研究進展

張在玉

（安順學院， 貴州 安順 561099）

增材技術使上個世紀八十年代中期所發展起來的一種高新技術，其實利用材料堆積法制造實物產品的一項快速成型技術。其技術需要借助計算機、激光和數控等科學手段相互作用完成，相較于以往傳統的加工模式，金屬增材制造縮短了產品開發的周期并且可以任意實現復雜結構等產品的快速制造。而我國也開展了對于金屬材料增材制造技術的應用研究并在一定程度上取得了發展和進步，本文將對其進行詳細的分析。

1 技術原理

激光金屬沉積是利用激光能量使金屬粉末融化，而是融化的金屬粉末生成熔池在基底材料上，并根據激光光斑的使其進入熔池和粉末凝固后的基底材料進行有機合成，通過一步步堆積而生成的3D物質實體[1]。另外，為了防止基底材料的氧化對于金屬材料增材制造技術的開展過程中，必須要使用一定的化學元素例如氦氣等惰性氣體保證材料的質量。

2 研究進展

2.1 國外研究進展

（1）航天領域研究。目前，在航天、汽車制造等行業中，金屬材料增材制造技術受到了青睞并得到了廣泛的使用。德國目前對于選擇性激光燒結技術已經取得了很大的成就，主要表現在航空領域對于渦輪發動機方面滲入了金屬增材制造技術的應用主要包括渦輪葉片和發動機的燃燒部分；在電子束熔融技術方面的研發和應用位于世界前列的是瑞典，瑞典利用高能電子制造出高度密集和高精度的三維幾何模型，其技術原理是將金屬粉末通過高能電子得到了束融，并且一步一步積攢堆積而成；同時意大利和俄羅斯也分別在金屬材料增材制造技術中取得了頗為杰出的成就，它們分別利用該技術的科學技術制造出了葉片和發動機機匣。美國的3D打印技術突破了傳統生產零件的弊端，不僅大大提高了其耐久性能而且還省去零部件使用的數量從而進一步節省了材料制造成本花銷。3D打印技術可以將以往復雜的設計趨向于簡單化，不僅縮短了交貨的時間而且還保障了產品的質量[2]。據統計可知，惠普公司利用3D打印技術不僅為發動機的零部件制造了高達數百個零件，而且已經制造了超過十萬個的原型部件。在很大程度上節省了材料使其更好的進行成本控制，并且提高了工作效率和工作質量。

（2）零部件修復領域。金屬材料增材技術不僅在航天領域方面取得了巨大的成就，而且在零部件修復領域方面也有很大的優勢。目前很多國家已經利用3D打印技術進行零部件的修復，并且這種技術手段相比較以往傳統的修復手段不僅僅可以節省時間和人力，在很大程度上還可以節省材料成本從而推動發展?；萜展緦?D打印技術進行了預測，其認為3D打印技術在修復領域上會取得巨大的成就不僅僅在于零部件的修復，未來的大型設備的維護和修理可能都要依靠于金屬增材技術。

2.2 國內研究進展

目前我國對于3D打印技術的研究也取得了一定的進展，其進展要得益于我國科技的不斷發展和國內科研機構和相關企業對于3D打印技術引起了高度重視和廣泛的深入研究工作。其體現在以下方面：

（1）航天領域方面。在1995年西北大學就展開了對于金屬材料增材制造的研究和分析，并且在國內首先提出了激光立體成型的發展構思，借此贏得了社會各界人士的一致表揚，更是榮獲了陜西省科技一等獎。并于2012年為國產飛機制造出了中央翼緣條，其制造出的中央翼緣條不僅長達3m精準度極高，而且最大限度發揮了3D打印技術的優勢。

（2）醫學領域方面。西安交通大學與第四軍醫大學共同合作展開對“下頜骨溶解修復”手術的研究并取得了成功，利用金屬材料增材制造技術定制了人工脛骨半關節大段骨重建手術等研究并且都取得了一定的研究成果；另外昆明軍區醫院同西安交通大學一起合作研究擴展個性化永久植入物的醫學手術，不僅取得了一定的進步而且還積極開展了基于光固化圓形的支架制作人工活性骨支架的研究。而3D打印技術的發展是一個漫長和復雜的過程，需要我們每個人的共同努力，我國要加大科研的投資使金屬材料增材制造技術可以再上一層樓。

3 發展趨勢

目前，金屬增材制造技術雖然取得了一定的發展和進步，但是仍在某些方面具有很多的問題和弊端，例如材料方面的限制，成型的精準度和質量問題和成型質量和成型速度之間的問題，另外價格昂貴是導致金屬材料增材制造不能發展的重要原因之一，成本化消費用較高而且容易造成損失將會導致巨大的經濟損失，廣泛應用也具有一定的難度。另外金屬增材制造技術要突破瓶頸在最大限度上發揮其價值，主要表現在：

一方面3D打印技術雖然在航天領域方面取得了一定的成就，但是其只能局限于生產較小的零部件，對于大型的部件的制造問題來說還存在很長的距離。另一方面金屬增材制造技術雖然已經在零部件修復問題上取得了很大的進步，但是對于大型部件的修復問題還是未能取得進展。因此科研人員應當將3D打印技術和修復技術完美的融合在一起以保障大型部件的修復技術可以得到進一步的進展；最后一方面在醫學領域方面，科研人員應當積極和醫院進行合作分析，共同進行3D技術滲入醫學領域方面的研究。

4 結語

目前，中國十分重視金屬材料增材技術并且加大了資金的投入，雖然我國已經在3D打印技術方面取得了一定的進步但是與國外發達國家相比還存在了一定的差距。因此我國要堅持自主研發3D技術的應用領域，在航天航空方面和醫學領域方面進行專門的研究，在市場競爭中要學習西方先進的技術思想以發展我國的技術從而促進我國金屬材料增材技術的發展和廣泛應用，從而進一步推動我國科學技術的大繁榮。