金属材料增材制造技术的应用研究进展

张在玉

（安顺学院， 贵州 安顺 561099）

增材技术使上个世纪八十年代中期所发展起来的一种高新技术，其实利用材料堆积法制造实物产品的一项快速成型技术。其技术需要借助计算机、激光和数控等科学手段相互作用完成，相较于以往传统的加工模式，金属增材制造缩短了产品开发的周期并且可以任意实现复杂结构等产品的快速制造。而我国也开展了对于金属材料增材制造技术的应用研究并在一定程度上取得了发展和进步，本文将对其进行详细的分析。

1 技术原理

激光金属沉积是利用激光能量使金属粉末融化，而是融化的金属粉末生成熔池在基底材料上，并根据激光光斑的使其进入熔池和粉末凝固后的基底材料进行有机合成，通过一步步堆积而生成的3D物质实体[1]。另外，为了防止基底材料的氧化对于金属材料增材制造技术的开展过程中，必须要使用一定的化学元素例如氦气等惰性气体保证材料的质量。

2 研究进展

2.1 国外研究进展

（1）航天领域研究。目前，在航天、汽车制造等行业中，金属材料增材制造技术受到了青睐并得到了广泛的使用。德国目前对于选择性激光烧结技术已经取得了很大的成就，主要表现在航空领域对于涡轮发动机方面渗入了金属增材制造技术的应用主要包括涡轮叶片和发动机的燃烧部分；在电子束熔融技术方面的研发和应用位于世界前列的是瑞典，瑞典利用高能电子制造出高度密集和高精度的三维几何模型，其技术原理是将金属粉末通过高能电子得到了束融，并且一步一步积攒堆积而成；同时意大利和俄罗斯也分别在金属材料增材制造技术中取得了颇为杰出的成就，它们分别利用该技术的科学技术制造出了叶片和发动机机匣。美国的3D打印技术突破了传统生产零件的弊端，不仅大大提高了其耐久性能而且还省去零部件使用的数量从而进一步节省了材料制造成本花销。3D打印技术可以将以往复杂的设计趋向于简单化，不仅缩短了交货的时间而且还保障了产品的质量[2]。据统计可知，惠普公司利用3D打印技术不仅为发动机的零部件制造了高达数百个零件，而且已经制造了超过十万个的原型部件。在很大程度上节省了材料使其更好的进行成本控制，并且提高了工作效率和工作质量。

（2）零部件修复领域。金属材料增材技术不仅在航天领域方面取得了巨大的成就，而且在零部件修复领域方面也有很大的优势。目前很多国家已经利用3D打印技术进行零部件的修复，并且这种技术手段相比较以往传统的修复手段不仅仅可以节省时间和人力，在很大程度上还可以节省材料成本从而推动发展。惠普公司对3D打印技术进行了预测，其认为3D打印技术在修复领域上会取得巨大的成就不仅仅在于零部件的修复，未来的大型设备的维护和修理可能都要依靠于金属增材技术。

2.2 国内研究进展

目前我国对于3D打印技术的研究也取得了一定的进展，其进展要得益于我国科技的不断发展和国内科研机构和相关企业对于3D打印技术引起了高度重视和广泛的深入研究工作。其体现在以下方面：

（1）航天领域方面。在1995年西北大学就展开了对于金属材料增材制造的研究和分析，并且在国内首先提出了激光立体成型的发展构思，借此赢得了社会各界人士的一致表扬，更是荣获了陕西省科技一等奖。并于2012年为国产飞机制造出了中央翼缘条，其制造出的中央翼缘条不仅长达3m精准度极高，而且最大限度发挥了3D打印技术的优势。

（2）医学领域方面。西安交通大学与第四军医大学共同合作展开对“下颌骨溶解修复”手术的研究并取得了成功，利用金属材料增材制造技术定制了人工胫骨半关节大段骨重建手术等研究并且都取得了一定的研究成果；另外昆明军区医院同西安交通大学一起合作研究扩展个性化永久植入物的医学手术，不仅取得了一定的进步而且还积极开展了基于光固化圆形的支架制作人工活性骨支架的研究。而3D打印技术的发展是一个漫长和复杂的过程，需要我们每个人的共同努力，我国要加大科研的投资使金属材料增材制造技术可以再上一层楼。

3 发展趋势

目前，金属增材制造技术虽然取得了一定的发展和进步，但是仍在某些方面具有很多的问题和弊端，例如材料方面的限制，成型的精准度和质量问题和成型质量和成型速度之间的问题，另外价格昂贵是导致金属材料增材制造不能发展的重要原因之一，成本化消费用较高而且容易造成损失将会导致巨大的经济损失，广泛应用也具有一定的难度。另外金属增材制造技术要突破瓶颈在最大限度上发挥其价值，主要表现在：

一方面3D打印技术虽然在航天领域方面取得了一定的成就，但是其只能局限于生产较小的零部件，对于大型的部件的制造问题来说还存在很长的距离。另一方面金属增材制造技术虽然已经在零部件修复问题上取得了很大的进步，但是对于大型部件的修复问题还是未能取得进展。因此科研人员应当将3D打印技术和修复技术完美的融合在一起以保障大型部件的修复技术可以得到进一步的进展；最后一方面在医学领域方面，科研人员应当积极和医院进行合作分析，共同进行3D技术渗入医学领域方面的研究。

4 结语

目前，中国十分重视金属材料增材技术并且加大了资金的投入，虽然我国已经在3D打印技术方面取得了一定的进步但是与国外发达国家相比还存在了一定的差距。因此我国要坚持自主研发3D技术的应用领域，在航天航空方面和医学领域方面进行专门的研究，在市场竞争中要学习西方先进的技术思想以发展我国的技术从而促进我国金属材料增材技术的发展和广泛应用，从而进一步推动我国科学技术的大繁荣。