供稿人:张晓宇 李涤尘 发布日期：2018-07-14
选区激光熔化技术和电弧增材制造技术是目前金属增材制造领域的两种主流技术，分别用于小型高精复杂件和大型准精件的制造。选区激光熔化技术目前可制造高表面质量、高致密度、高力学性能的复杂结构件，然而其高费用、低成形率以及小尺寸规模的特点限制了该技术的应用。而电弧增材制造技术具备高沉积率的特点，但电弧增材制造技术成形件精度低、表面质量低，只适用于大型低精度件的制造。将两种技术进行复合，将是解决制造高精度大型金属件的关键之一，其力学性能的优劣是主要衡量标准。
图一 复合制造试样晶粒示意图
北京理工大学Xuezhi Shi等人将两种技术进行复合，对复合制造下的钛合金力学性能进行了研究。实验采用选区激光熔化技术进行基板的制造，随后在基板上采用电弧增材制造技术进行制造，分别从平行和垂直打印方向取拉伸试样，检测了复合件的力学性能和并观察了其组织结构。结果显示用复合制造的钛合金样件包括三个典型的区域：选区激光熔化区域，电弧增材制造区域和界面层。选区激光熔化区主要为细小晶粒，在3mm界面层处由于反复加热过程变得粗大，并在电弧增材制造区继续生长为粗大晶粒。在结合层处由良好的冶金结合强度，无论是垂直还是平行复合制造试样方向，在拉伸试验中断裂均发生在电弧增材制造区域。垂直于复合制造试样的平均屈服强度和极限抗拉强度为850MPa和906MPa。相比较下，平行于复合制造试样表现出略高的抗拉强度，平均屈服强度和极限抗拉强度分别为890MPa和995MPa。各个方向的延伸率均超过10%，满足工程应用的条件。
图二 复合试样拉伸曲线图
该研究展示了一种复合制造的方式，并检测了其力学性能，为以后面向高沉积率的大型高精度金属件的增材制造方式提供了新的可能。