摘要：

增材制造技术成型原理是通过计算机中生成部件的三维CAD模型，根据模型的尺寸数据采用激光、电弧等热源将原材料逐层堆积起来形成立体部件的技术，该技术的优点是工艺简单、生产成本低、适用范围广。为抢占该技术的战略制高点，美国、欧盟、日本等国家相继出台相关政策扶持，有效促进了该技术的向前发展，中国、俄罗斯、新加坡等国也紧随其后，成立相关研究机构。文中简要介绍了增材制造技术国内外发展团队及领头企业，综述了钛合金增材制造技术的发展现状，重点从钛合金成型工艺的优势及不足等方面分析研究了新进展，探讨了钛合金增材制造技术所面临的不足以及未来发展方向。

一、增材制造行业发展现状

1.1国外发展概况

为抢占增材制造这一技术及产业发展的战略制高点，美国、日本、欧盟等主要国家和地区纷纷将增材制造列为未来优先发展方向，制定了发展规划及扶持政策。美国增材制造研究所是该国制造业创新驱动下的第 1家研究所;德国、英国、澳大利亚、韩国等在各自的科技战略中，不约而同将增材制造作为突破的技术方向之一，有的还出台了相关的技术发展路线图;俄罗斯和新加坡等通过发布研究计划，支持包括增材制造在内的新型制造技术的发展。

1.2 国内发展现状

我国增材制造起步于上个世纪90年代，代表性研究机构主要有西安交通大学、北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学等，在国家和地方政府的支持下，在21世纪初期，部分科研院所就已初步实现了产业化，取得重大进展。随后国内许多高校和研究机构也开展了相关研究，到2000 年初步实现了设备产业化，并接近国外产品水平，改变了该类设备早期依赖进口的局面。

在国家和地方的支持下，全国建立了20 多个服务中心，设备用户遍布医疗、航空航天、汽车、军工、模具、电子电器、造船等行业，推动了我国制造技术的发展。但是，我国3D 打印技术主要应用在工业领域，没有在消费品领域形成市场;在产业化技术发展和应用方面落后于美国和欧洲;在技术研发方面，我国增材制造装备的部分技术水平与国外先进水平相当，但在关键器件、成形材料、智能化控制和应用范围等方面较为落后。

二、钛合金增材制造

目前，可用于钛合金零部件直接制造的工艺主要包括激光立体成形技术、激光选区熔化成形技术、电子束熔丝成形技术和电子束选区熔化成形技术等，这些技术近年来正在逐渐发展成熟，进入工程化应用研究。

2.1 钛合金增材制造现状

在钛合金增材制造方面，挪威Norsk Titanium公司研发其快速等离子沉积（RPD）工艺超过10年，它可以用比相同组件少50%～75%的成本生产钛及钛合金组件。其工艺涉及将室温Ti-6Al-4V线缆输送到一个在氩气环境下由一对焰炬生成的等离子弧中，钛的温度升温数千度之后由机器人沉积臂作为液体进行3D打印，钛在沉积后迅速固化，该过程组件在一个闭环工艺中层层构建，几乎不需要精加工。Norsk Titanium公司快速等离子沉积（RPD）工艺在钛合金堆焊工艺方面具有独特优势。

激光立体成形技术是通过聚焦激光束和同轴传递的粉末金属制造零件，将钛合金粉末送入 x-y 方向数控喷头，在喷头内将粉末/熔丝加热到熔点逐层沉积，自然凝固成形： 一层扫描完成后，工作台下降一个切片高度扫描下一层，直到零件制作完成;

激光选区熔化成形技术最早由美国德卡德于1989 年研制成功。该工艺采用的材料主要有金属、ABS塑料等粉末作为成形材料。首先在工作台铺一层粉末，在计算机控制下沿零件的二维图纸采用激光束有选择地烧结，被烧结的部分结合在一起，然后依次逐层烧结，便构成零件的实体部分，去除多余的粉末，便得到了成品零件。

电子束熔丝成形技术在激光成形技术基础上发展而来，以高能量密度和高能量利用率的电子束作为加工热源，当高速电子轰击金属粉末时，其动能立即转化成热能，使材料快速完全融化并成形三维实体零件。

2.2钛合金增材制造的优势

在航空和航天领域，钛合金由于其具有很高的比强度、高温性能及耐腐蚀性能而得到了广泛的应用。其中，TC4钛合金应用最为广泛，在商用钛合金中使用比例超过了50%。这些零件通常在铸造或者锻造后经过机械加工成形，为了保证一致性，筒体或者复杂零件的加工要切削掉超过90%的材料，由于钛合金成本昂贵，因此零件制造成本高、效率低。

自2006年以来，在欧美采用堆焊成型方式制造钛合金零件得到了广泛的关注，称之为Shaped Metal Deposition （SMD）或者Additive Layer Manufacturing （ALM） ，是以逐层堆焊获得近净成形、致密零件的一种方式。通过这种方式制造零件优势明显，一方面制造过程无需模具、制造时间短，可大幅缩短产品制造周期，另一方面仅需要少量的后续机械加工，效率高，成本低。

2.3 及存在的问题

增材制造技术经过二三十年的探索、研究和改进，目前正处于承上启下的发展阶段，一方面期待新的技术突破，提高增材制造在材料、精度和效率上的要求;另一方面则是基于现有技术的新应用，扩宽增材制造技术的应用范围和应用方式。

增材制造技术相对传统制造技术还面临许多新挑战和新问题，金属增材制造方面尤为明显，例如：目前钛合金增材主要应用于产品研发，还存在使用成本高、制造效率低的问题，制造精度不能令人满意。另外，其工艺与装备研发还不充分，尚未进行大规模工业应用。增材制造应与传统技术优选、集成，形成新的增长点，并加强研发、产业培育，扩大应用，通过形成协同创新的运行机制，积极科学推进，使之从产品研发工具走向批量生产模式，以技术引领应用市场发展，改变人们的生活。

参考文献：

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