增材制造用金属粉末材料的关键影响因素分析

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增材制造用金属粉末材料的关键影响因素分析

范立坤

（上海材料研究所上海市工程材料应用评价重点实验室，上海２００４３７）

摘要：通过分析增材制造过程中各因素的影响作用，提出材料是制约我国增材制造技术的主要问题，对增材制造用粉末材料的特点进行了解析，以期为解决我国增材制造用粉末的研发提供参考。

关键词：增材制造；金属粉末；３Ｄ打印；直接成型；粉末冶金

中图分类号：ＴＨｌ６４

文献标志码：Ａ

文章编号：１００１—４０１２（２０１５）０７一０４８０—０３

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Ｍｅｔａｌ

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（ＳｈａｎｇｈａｉＫｅｙＩ。ａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎ，

ＳｈａｎｇｈａｉＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｍｃｅｄｕｒｅｗｅｒｅａｍｌｙｚｅｄ，ｉｔｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ

ｗａｓ

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ｂｌｏｃｋｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｄｄｉｔｉｖｅｎｌａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎＣｈｉｎａ．

ｔｏ

Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｏｗｄｅｒ

ｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｗｅｒｅｒｅｓｏｌｖｅｄａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．

ｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｈｅｐｏｗｄｅｒｍａｔｅｒｉａｌｏｆ

Ｋｅ，ｗｏＴ诅ｓ：ａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ｍｅｔａｌｐｏｗｄｅｒ；３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ；ｄｉｒｅｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ；ｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ

目前，增材制造技术成为一项备受关注的技术，

在航空航天、汽车、生物医药等行业得到了大力发展，已成为一种推动传统制造业转型升级的重要力量。我国增材制造技术近年来发展迅速，各种应用服务市场正在逐渐成型，虽然在部分领域有一定成

ｌ金属增材制造技术的分类

目前比较成熟的金属增材制造技术主要包括选

区激光熔化、激光熔化沉积、电子束熔炼等，每种工

艺方法都已有比较成熟的产品供应市场。１．１选区激光熔化

选区激光熔化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ

Ｌａｓｅｒ

效，但与国外相比整个产业的技术储备不足，增材制

造相关的核心技术及专利都被国外企业把持［１］。目前工业生产中应用最为广泛的依然是金属材料，使用增材制造技术来代替传统工艺方法，制造各种传统加工手段难以加工的金属零部件是目前增材制造

Ｍｅｌｔｉｎｇ，ＳＬＭ）

工艺是工件的３Ｄ模型先进行分层处理，然后利用

扫描系统控制激光束对待成型区域内的材料进行照

射，有选择性地对金属粉末进行熔融处理。每层切

技术的一个重要发展方向。区别于传统工艺方法，增材制造技术对材料的性能和适用性提出了更高要求，但作为产业基础的金属粉末材料，成为制约我国

快速发展增材制造产业的一个重要因素［２］。笔者尝

片扫描结束后，送粉系统用新粉将已成型区完全覆盖，不断重复这两个动作，直至完成所有切片的扫

描，最终实现工件的逐层累积成型。１．２激光熔化沉积

激光熔化沉积（Ｌａｓｅｒ

ｍｅｌｔｉｎｇ

试对增材制造工艺过程的影响因素进行分析，探讨

增材制造用金属耗材的特点，以期为我国相关材料的研究提供参考。

ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＩＡＤ）

也称作激光直接制造。一般采用较高功率的激光，送料的方式多为同步送粉，直接进行层叠式沉积是其最大技术特色。与传统制造工艺相比，该方法灵活性高、流程短，可显著减少成品的成本和时间。在

收稿日期：２０１５一０６—１０

基金项目：上海市科学技术委员会科技攻关项目（１３ＤＺｌｌ０８９０２）作者简介：范立坤（１９７８一），男．博士。

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制备小批量、高价值金属零部件等方面有巨大潜力。