隨著航空航天裝備不斷向輕量化、高可靠性、長(zhǎng)壽命、低成本方向發(fā)展，一些關(guān)鍵金屬零件復(fù)雜程度越來(lái)越高，制造周期要求越來(lái)越短，使得我國(guó)現(xiàn)有制造技術(shù)面臨系列共性難題，如復(fù)雜薄壁精密零件結(jié)構(gòu)-性能一體化制造技術(shù)，航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、渦輪等復(fù)雜精密零件的成形技術(shù)等，嚴(yán)重制約了航空航天裝備技術(shù)水平的提高。

 

金屬零件的激光3D打印技術(shù)是各種3D打印技術(shù)中難度系數(shù)最大也最受?chē)?guó)內(nèi)外關(guān)注的方向之一。其中基于自動(dòng)鋪粉的激光選區(qū)熔化成形技術(shù)（Selective Laser Melting，SLM），主要特點(diǎn)是加工精度高、后續(xù)幾乎不需要機(jī)械加工，可以制造各種復(fù)雜精密金屬零件，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化、輕量化，在航空航天領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用需求。但是，成形效率低、成形尺寸有限是該類(lèi)技術(shù)的發(fā)展瓶頸。此前，我國(guó)在SLM技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)際先進(jìn)水平相比有較大差距，大部分裝備依賴進(jìn)口。

 

華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授曾曉雁領(lǐng)導(dǎo)的激光先進(jìn)制造研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家863和自然科學(xué)基金項(xiàng)目等資助下，經(jīng)過(guò)十年的長(zhǎng)期努力，在SLM成形理論、工藝和裝備等諸多方面取得了重要成果，特別是突破了SLM成形難以高效制備大尺寸金屬零件等瓶頸。

 

項(xiàng)目率先在國(guó)際上提出并研制出成形體積為500×500×530mm3的4光束大尺寸SLM增材制造裝備，它由4臺(tái)500W光纖激光器、4臺(tái)振鏡分區(qū)同時(shí)掃描成形，成形效率和尺寸迄今為止同類(lèi)設(shè)備中世界最大。而此前，該裝備最多使用兩臺(tái)光纖激光器，成形效率低。項(xiàng)目攻克了多光束無(wú)縫拼接、4象限加工重合區(qū)制造質(zhì)量控制等眾多技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜金屬零件的高效率、高精度、高性能成形。先后自主研制出SLM系列多種裝備，并采用國(guó)產(chǎn)的鈦合金、不銹鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金粉末，實(shí)現(xiàn)了各種復(fù)雜精密零件的成形，其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外水平相當(dāng)。首次在SLM裝備中引入雙向鋪粉技術(shù)，其成形效率高出同類(lèi)裝備的20-40%，標(biāo)志著我國(guó)自主研制的SLM成形技術(shù)與裝備達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。已經(jīng)有45種零件在20余種航天型號(hào)研制中得到應(yīng)用，先后為航天發(fā)動(dòng)機(jī)、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星及導(dǎo)彈等裝備中6種型號(hào)20余種產(chǎn)品進(jìn)行了樣件研制，5種產(chǎn)品通過(guò)了熱試車(chē)，其中4種產(chǎn)品已經(jīng)定型。先后有多臺(tái)SLM裝備被航天科技集團(tuán)三大總體研究院用于航天零件的研制與批產(chǎn)，所研制的零件不僅大大縮短了產(chǎn)品的研制周期，簡(jiǎn)化了工序，更重要的是將結(jié)構(gòu)-功能一體化，獲得性能優(yōu)良的、輕質(zhì)的零件。

 

SLM技術(shù)成形精度高、性能好、且不需要工模具，屬于典型的數(shù)字化過(guò)程，目前在復(fù)雜精密金屬零件的成形中具有不可替代性，在精密機(jī)械、能源、電子、石油化工、交通運(yùn)輸?shù)葞缀跛械母叨酥圃祛I(lǐng)域都具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。