26、激光增材制造：实现新材料概念的关键技术

激光增材制造：实现新材料概念的关键技术

一、增材制造简介

增材制造（AM）是一种通过化学或物理过程，将液体、粉末、线材或箔材逐层堆积来构建组件的技术。常见的增材制造工艺包括直接能量沉积（DED）和粉末床熔融（PBF），它们使用金属粉末或线材在基底或现有组件的自由曲面上打印致密的金属层。

与传统的减材制造工艺相比，增材制造具有显著优势。在减材制造中，材料通常是从大块原料上去除不需要的部分，这往往会产生大量的废料。而增材制造仅在需要的地方添加材料，从而节省了时间和资源。

增材制造不仅可以使用常见的钢材、镍基合金或钛合金，还能通过粉末混合物的原位合金化获得全新的材料，或者在构建过程中改变粉末混合物的成分来创建材料梯度。高熵合金（HEAs）就是一个新兴的研究领域，它由多种元素组成，各元素浓度相近，例如由锆、铌、铪、钽或钨组成的合金。这些合金可以是单相或多相混合晶体，通常兼具高强度和良好的延展性。原位合金化为未来生产具有优异高温力学性能的新型金属部件提供了快速筛选材料的独特途径。

此外，激光后处理工艺可用于修改通过增材制造技术生产的零件的表面。连续波（cw）激光器常用于降低表面粗糙度，而脉冲激光器则用于修改表面功能和提高几何精度。

二、增材制造工艺概述

2.1 增材制造的发展历程

增材制造技术的起源可以追溯到1984年，Chuck Hull发明并申请了立体光刻技术的专利，该技术通过紫外线激光束扫描光敏聚合物树脂槽，逐层固化单体树脂来形成三维原型。1986年，C. Hull创立了3D Systems公司，并于1987年推出了全球首款商业化的快速成型系统——SLA - 1。如今，这项技术的应用范围广泛，从亚