金屬增材制造研究現(xiàn)狀與問題分析

劉繼常

（1.湖南大學(xué)機械與運載工程學(xué)院，湖南長沙410082；2.長沙嘉程機械制造有限公司，湖南長沙410082）

增材制造俗稱“3D打印”，它是把實體的3D模型文件通過計算機轉(zhuǎn)換成STL文件（或直接）進(jìn)行分層切片，并形成掃描路徑，計算機根據(jù)掃描路徑向機器發(fā)出指令，把材料逐層堆積融合，最終形成一個實體零件或原型[1]；然后把零件或原型從基板上除下來并進(jìn)行后處理后進(jìn)行使用。一般的增材制造過程見圖1[2]。本文將對增材制造中的金屬增材制造工藝進(jìn)行研究分析。

圖1 通常的增材制造流程

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)

1.1 單工藝金屬增材制造

增材制造自20世紀(jì)80年代問世以來，經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，出現(xiàn)了多種金屬增材制造工藝[1-17]，包括：粉末床熔融、能量直接沉積、薄片疊層制造、金屬熔融三維直寫、粘結(jié)劑噴射成形、液體金屬擠出成形等，如圖2～圖7所示。其中，粘結(jié)劑噴射成形、液體金屬擠出成形還處于實驗室階段，尚未出現(xiàn)商業(yè)系統(tǒng)；而粉末床熔融、能量直接沉積已是當(dāng)前商業(yè)化最好的金屬增材制造工藝。能量直接沉積工藝的材料又分為粉末和絲材，其中激光直接沉積（熔覆）材料以粉末為主，而電子束、電弧直接沉積工藝一般選用絲材作為沉積材料。此外，金屬熔融三維直寫工藝用絲材作為成形材料，且目前金屬熔融三維直寫和液體金屬擠出成形工藝只能成形熔點較低的金屬材料。

圖2 金屬粉末床增材制造工藝

圖3 能量直接沉積工藝

圖4 薄片疊層成形工藝