為滿足極端載荷工況，航空發(fā)動機、飛機等武器裝備大量采用結(jié)構(gòu)－功能一體化設(shè)計的復(fù)雜型腔構(gòu)件，對傳統(tǒng)開模具以及去除式制造技術(shù)提出新挑戰(zhàn)。譬如，輕質(zhì)點陣夾芯（見下圖）、空間曲面多孔結(jié)構(gòu)、封閉多流道等復(fù)雜構(gòu)件采用傳統(tǒng)制造技術(shù)難以實現(xiàn)，而且研制任務(wù)重。如何實現(xiàn)新型航空設(shè)計的制造和打開其“設(shè)計束縛”的枷鎖，迫切需要根據(jù)3D數(shù)模無需模具、快速響應(yīng)直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的增材制造技術(shù)。

       根據(jù)材料在沉積時的不同狀態(tài)，金屬激光增材制造技術(shù)可以分為二大類：第一類，金屬材料在沉積過程中實時送入熔池，這類技術(shù)以激光近凈成形制造（LENS）、金屬直接沉積（DMD）技術(shù)為代表，由激光在沉積區(qū)域產(chǎn)生熔池并高速移動，材料以粉末或絲狀直接送入高溫熔池，熔化后逐層沉積，稱之為激光直接沉積增材成形技術(shù)，該技術(shù)只能成形出毛坯，然后依靠數(shù)控加工達到其凈尺寸；第二類，金屬粉末在沉積前預(yù)先鋪粉，這類技術(shù)以金屬直接激光燒結(jié)（DMLS）、選區(qū)激光熔化（SLM）為代表，粉末材料預(yù)先鋪展在沉積區(qū)域，其層厚一般為20～100μm，利用高亮度激光按照預(yù)先規(guī)劃的掃描路徑軌跡逐層熔化金屬粉末，直接凈成形出零件，稱之為激光精密增材成形技術(shù)。

       激光精密增材成形技術(shù)原理，是一種基于離散堆積成形思想的先進增材制造技術(shù)，無需模具，通過把零件3D模型沿一定方向離散成一系列有序的微米量級薄層，以激光為熱源，根據(jù)每層輪廓信息逐層熔化金屬粉末，直接制造出任意復(fù)雜形狀的凈成形零件，特別適合曲面型腔、懸空薄壁以及變截面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造，無需數(shù)控加工，僅需熱處理和表面光整零件即可使用。該技術(shù)可解決復(fù)雜金屬構(gòu)件的難加工、周期長等技術(shù)瓶頸，可制造出傳統(tǒng)方法無法加工的復(fù)雜零件，具有大幅減少制造工序、縮短生產(chǎn)周期、降低成本等特點。

點陣夾芯結(jié)構(gòu)

       激光精密增材成形技術(shù)的發(fā)展歷程從低熔點非金屬粉末燒結(jié)、低熔點包覆高熔點粉末燒結(jié)、高熔點粉末直接熔化成形等階段。由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Carl R.Deckard在1986年最早申請專利，1988年研制成功了第一臺激光增材制造設(shè)備，由DTM公司將其商業(yè)化，推出SLS Model125成形機，推出了Sintersation系列成形機。隨后德國、英國、中國等國家成立一批激光粉末燒結(jié)公司，推出各自的燒結(jié)設(shè)備。

       21世紀之前，激光精密增材成形主要用于蠟?zāi)?、砂模等制造，為精密鑄造提供模型；為成形金屬零件，早期采用低熔點金屬或有機黏結(jié)材料包覆金屬材料，在加工過程中，低熔點材料熔化或部分熔化，但熔點較高的金屬材料并不熔化，而是被熔化或部分熔化的低熔點材料包覆黏結(jié)在一起，從而形成類似于粉末冶金燒結(jié)坯件一樣的原型。這種原型表面粗糙，疏松多孔，力學性能差，常常還需要經(jīng)過高溫重熔或滲金屬填補孔隙等后處理以后才能使用。由于受CO2激光、YAG激光束流品質(zhì)限制，前期金屬激光精密增材成形致密度較差，難以滿足復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)制造需求。

       隨著高亮度光纖激光出現(xiàn)，國外金屬激光精密增材成形技術(shù)發(fā)展突飛猛進。近幾年來，英國、德國、法國、美國、瑞典等國外發(fā)達國家先后開發(fā)GH4169、AlSi10Mg、CoCr、TC4等合金金屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)的激光精密增成形設(shè)備，并開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究。國外著名羅羅、GE、普惠、MTU、波音、EADS、空客等航空航天武器裝備已利用此技術(shù)開發(fā)商業(yè)化的金屬零部件。

       中航工業(yè)制造所激光增材制造專業(yè)建立上世紀90年代后期，最初主要開展有機材料和覆膜陶瓷的激光快速原型技術(shù)研究。進入21世紀，尤其是“十一五”以來，激光增材制造技術(shù)獲得了長足發(fā)展，研究團隊不斷發(fā)展壯大，重點突破了金屬零件激光精密增材成形技術(shù)和裝備研究。面對激光精密增材成形過程粉末球化、零件變形、設(shè)備故障、工藝不穩(wěn)定等各種技術(shù)難題，激光增材成形團隊針對各個難題分析其原因，抓住主要因素，從材料、軟件、設(shè)備和工藝方面采取措施，歷經(jīng)磨難，堅韌不拔，研制出國內(nèi)最大的激光精密增材成形的空間曲面多孔金屬件。該團隊幾乎從零開始，突破了原材料、成形工藝、后續(xù)熱處理、表面處理等零件整個研制工序，與設(shè)計單位共同編制和制定了金屬零件的激光精密增材成形的材料和制件技術(shù)條件以及相關(guān)工藝規(guī)程和規(guī)范，為該技術(shù)在型號產(chǎn)品上應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

       激光精密增材成形為解決復(fù)雜金屬件制造瓶頸提供一種新方法。譬如，多孔結(jié)構(gòu)件曾采用電加工、數(shù)控切削等多種傳統(tǒng)制造技術(shù)進行試制，無法滿足設(shè)計要求，已成為制約研制進程的制造技術(shù)瓶頸。針對該零件制造技術(shù)難題，中航工業(yè)制造所一邊解決激光選區(qū)熔化成形設(shè)備關(guān)鍵難題，一邊解決軟件、材料和工藝等方面關(guān)鍵技術(shù)難題，建立國內(nèi)最大的金屬激光精密增材制造平臺，解決了制約型號研制進程的制造技術(shù)瓶頸。激光精密增材成形技術(shù)打開了“航空設(shè)計”受制造束縛的枷鎖。

       產(chǎn)品創(chuàng)新是我國制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，而精密增材成形技術(shù)對新產(chǎn)品的開發(fā)速度和質(zhì)量將起到十分重要的作用。激光精密增材成形技術(shù)開創(chuàng)了一個嶄新的設(shè)計、制造概念。它以相對低的成本、高速造型、可修改性強的特點，獨特的工藝過程，為提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、降低成本、縮短設(shè)計及制造周期，為將產(chǎn)品盡快推向市場提供了有效的方法，尤其適合于復(fù)雜形狀的零件。激光精密增材成形技術(shù)在航空航天、核工業(yè)、兵器等新型號研制、現(xiàn)役型號技術(shù)升級具有廣闊的應(yīng)用前景，還可應(yīng)用于電子器件、生物植入、能源等我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，對加快我國產(chǎn)品升級換代、堅持自主創(chuàng)新和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式具有長遠戰(zhàn)略意義。