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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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金属增材制造技术现状与未来研究方向

刘继常  
【摘要】:分析介绍了目前金属增材制造的三种主要工艺的技术及应用状况,并提出了今后致力解决的金属增材制造的主要问题。目前,金属增材制造的主要工艺有金属粉末床激光熔融、金属粉末床电子束熔融和激光直接沉积(激光熔覆),目前可增材制造的金属材料主要有不锈钢等铁基合金、钛及钛基合金、镍及镍基合金、钴基合金,还有铜合金、铝合金等,但因铝合金等对激光反射大,造成这些合金的激光增材制造的难度大。目前增材制造的构件的致密度可以达到90%以上,最高达到99.9%;微观组织较细小;其静态强度等性能指标一般达到甚至超过同种材料锻件的相应性能指标;样块经表面处理或等静压处理后抗疲劳强度的测试值可以达到同种材料锻件的抗疲劳强度值,但是没经过处理的合金件的抗疲劳强度一般比同种材料锻件的抗疲劳强度差;尺寸精度可达到0.02-0.10mm;表面粗糙度Ra一般大于5μm,大部分为10-20μm,经过喷丸处理后Ra可达到2.5μm,但是分层处显得比较粗糙,Rz可达到100μm。增材制造的成本主要由前处理、增材制造和后处理三个阶段的人工费用、设备损耗、材料消耗等组成,已经提出了相应的计算公式。金属增材制造主要应用于牙科、外科植入物、模具制造、航空等领域。但是,目前应用还相对比较少。主要原因是:(1)抗疲劳强度因为致密性问题和表面粗糙度问题还无法保证;(2)效率太低,成形一个零件动辄就需要10小时以上的时间;(3)成本太高,原材料比铸造、锻压所用的原材料价格高出10倍以上,机器设备目前还很贵,成形效率低导致成本升高;(4)因为致密性、精度和粗糙度问题,需要后处理;(5)传统工艺加工的金属材料在增材制造过程中可能出现球化、裂纹等问题,有的对激光反射严重等,适合增材制造工艺的金属材料有限。为了推广应用金属增材制造工艺,必须降低成本,提高成形效率和成形件质量。由于增材制造工艺是分层制造,其原材料是金属粉末或者金属丝,其成形的构件未经后处理的表面粗糙度和尺寸精度难以实现大的突破,因此,今后将主要致力于:(1)优化工艺规划,使成形效率、质量提高;(2)研发工艺过程监控技术,稳定工艺,提高构件的致密性;(3)研发和改进设备及其核心器件,实现零部件标准化,增强设备能力,以降低设备的成本、提高成形效率;(4)发展金属增材制造前、后处理技术,改善构件的性能和表面质量,提高前、后处理效率,降低成本;(5)研发适用于增材制造的金属材料,一方面形成与传统工艺所用材料相对应且经过改善而适用于增材制造的材料体系,另一方面开发传统工艺不能适用的新的材料,促进增材制造技术的适用性。
【作者单位】:湖南大学 长沙嘉程机械制造有限公司
【分类号】:TH164

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