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　　航空、航天、電力、石化、船舶等現(xiàn)代工業(yè)高端裝備正向大型化、高參數(shù)、極端惡劣條件下高可靠、長壽命服役的方向快速發(fā)展，致使其鈦合金、高溫合金等關鍵金屬構件尺寸越來越大、結構日益復雜、性能要求日益提高，對制造技術及裝備的要求越來越高、挑戰(zhàn)日益嚴峻。采用鑄錠冶金+塑性成形等傳統(tǒng)制造技術生產大型、整體、高性能金屬構件，不僅需要萬噸級以上的重型鍛造裝備及大型鍛造模具，技術難度大，而且材料切削量大、材料利用率低、周期長、成本高。作為增材制造技術一種典型工藝，激光沉積制造技術是增材制造技術的一種，以合金粉末為原料，以粉末同步送進為特征，通過激光熔化/快速凝固逐層沉積制造，由零件CAD模型一步完成全致密、高性能金屬結構件的“近凈成形制造”。因其獨特技術優(yōu)勢，被譽為是一種“變革性”“控形/控性”一體化制造技術，在航空、航天等重大裝備制造中具有廣闊發(fā)展前景。該技術材料利用率高，可實現(xiàn)力學性能與鍛件相當?shù)膹碗s高性能構件制造，且其同步材料送進特征，還可實現(xiàn)梯度結構制造，可用于損傷構件的高性能修復。

 

　　目前增材制造在向大尺寸構件制造方向發(fā)展，如飛機上的大尺寸鈦合金框梁結構件，隨著科技的進步，構件尺寸會越來越大，大型增材制造裝備需要大型機床，帶來巨大制造風險；超長距離的粉末輸送穩(wěn)定性難以保證，此外通過單純提高成形艙尺寸來滿足構件的尺寸規(guī)格是不經濟也是不現(xiàn)實的。增材制造過程中，不僅要考慮制件的應力和變形預防問題，還要兼顧其成形精度和效率，而增材制造在修復航空發(fā)動機機匣等大型薄壁(修復部位最薄處約2mm)零件時，不僅要考慮應力集中、零件變形，還要考慮其結合部位性能弱化問題。此外，當前鈦合金、高溫合金激光增材制造基本都是在剛性惰性氣體保護倉中進行，此法不能適應修復零件尺寸變化范圍大的特點，不利于零件的現(xiàn)場修復，降低了設備的利用率，增加了生產成本，因此對現(xiàn)有裝備也提出了新要求。

 

　　針對上述需求，沈陽航空航天大學與中航工業(yè)沈陽所、沈飛公司及中國航發(fā)黎明、東安公司深入開展合作，長期致力于激光沉積制造技術研究工作，“十二五”期間得到國家重點研發(fā)計劃(973)、國家自然科學基金、國家重大科技專項等課題支持，突破鈦合金、高溫合金、鋁合金等大型制件高效高精度制造、減小應力和變形、實現(xiàn)柔性氛圍防護、保證增材組織一致性和制造結合區(qū)質量等一系統(tǒng)重大難題，已授權激光沉積制造相關發(fā)明專利9項，獲國防科技進步獎二等獎2項。

 

　　研制系列化激光沉積制造成套裝備：沈航全面突破了激光沉積制造工程化裝備的設計、制造及系統(tǒng)集成等技術。提出特種能量場融合激光沉積制造技術，將超聲場、電磁場與高能激光有機耦合，提高增材制造效率的同時，減小制造過程殘余應力和冶金缺陷，提高制件精度、調控制組織提升力學性能。針對大型整體結高質高效制造需求，創(chuàng)新性的提出動態(tài)惰性氣體保護方法，突破設備限制，可成形超大尺寸構件、進行外場制造。

 

　　開發(fā)低應力小變形激光增材制造工藝：激光沉積過程中劇烈的、循環(huán)加熱/冷卻條件下，在零件內產生分布及演化極其復雜的應力，導致零件嚴重翹曲變形甚至開裂，是制約增材制造的首要技術瓶頸。沈航提出特種能量場融合增材制造技術及基于紅外分區(qū)的激光沉積制造動態(tài)掃描工藝方法，通過實時反饋沉積層面溫度分布，運動規(guī)劃激光掃描軌跡，顯著減小沉積過程溫度梯度，降低熱應力、約束應力和晶格儲存能，有效地控制沉積過程零件的變形和開裂，提升工藝穩(wěn)定性，拓寬工藝窗口。由沈航研制的激光沉積制造成套裝備已成功應用于科研生產。

 

　　提出了在位局部熱處理的激光增材制造/修復制件的應力消減和組織調整新方法，研制了基于感應加熱器、紅外熱像儀及專用夾具的局部熱處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了大型制件在位局部熱處理；顯著降低了殘余應力、減小工件變形，保證尺寸精度、形狀精度和位置精度；同時優(yōu)化了組織，提高了力學性能。

 

　　建立全套技術標準和規(guī)范：建立增材制造新技術在航空裝備應用的全流程性能考核和質量保障技術體系。完成了對增材制造零件試片級基本力學性能考核、模擬件的中試考核及全尺寸零件的綜合性能考核，性能指標全部達到或超過鍛造鈦合金。建立從試片級試驗到全尺寸件綜合性能考核、從工藝到裝機的全套技術標準和規(guī)范，為全行業(yè)應用打下技術基礎。

 

　　研究成果已在承力結構件制造、運維方面成功應用，保障了批產和科研進度，取得了顯著的經濟和社會效益。激光增材制造法制備的零件與采用傳統(tǒng)“鍛造+機加”方法相比，結構減重達25%以上，應力水平降低35%；生產周期縮短50%，材料利用率達到70%，生產成本降低30%。梁構件修復區(qū)的強度指標與基體相當；表面及外形尺寸符合設計要求、內部質量合格；與傳統(tǒng)氬弧焊修復方法相比，工件變形量減小70%；修復時間縮短90%；殘余應力降低50%以上；同更換新件相比，激光沉積修復損傷結構件的生產周期縮短90%；修復成本費用平均僅為生產新件費用的20%。