3D打印手艺又被称为“快速成形手艺”、“增材制造手艺”和“实体自由制造”等，，，，，，，其头脑最早在 19 世纪末泛起于美国，，，，，，，并在 20 世纪 80 年月获得应用与生长，，，，，，，至今已有 30 多年[1-2]。。。。。3D 打印手艺基于离散-群集原理，，，，，，，接纳与减材制造手艺相反的加工方法（逐层累加），，，，，，，通过操作盘算机使质料逐层累加，，，，，，，最终获得立体实物的历程[3-7]。。。。。相比于古板的减材制造手艺，，，，，，，3D 打印手艺具有精度高、工艺简朴、自由度高、节约原质料、节约时间等优点，，，，，，，在航空航天、工业、国防、医疗、汽车、电子等领域获得了普遍的应用[8-9]。。。。。现在可用于3D打印的质料主要有高分子质料（树脂、塑料、橡胶等）、金属质料（铝合金、钛合金、不锈钢等）和非金属质料（陶瓷、石膏、纸张等），，，，，，，其中高分子质料和非金属质料3D打印手艺起步较早、研究较多，，，，，，，手艺相对成熟[8]。。。。。而金属质料3D打印手艺则具备重大的生长潜力，，，，，，，有专家展望，，，，，，，在未来制造业中，，，，，，，金属质料3D打印手艺将会逐渐占有整个快速成形制造领域的主导职位[10]。。。。。

钛合金是一种主要的有色金属，，，，，，，具有密度小、比强度高，，，，，，，以及优异的耐侵蚀性能、高温变形性能和生物相容性等诸多优点，，，，，，，在航空航天、工业、国防、医疗等领域获得普遍应用 [1, 11-12]。。。。。古板的铸造和铸造要领所制得的大型重大的钛合金构件，，，，，，，由于本钱高、工艺重大、质料使用率低以及后续加工难题等倒运影响，，，，，，，严重阻碍了其更为普遍的应用。。。。。而 3D 打印手艺接纳与古板的减材制造相反的加工要领，，，，，，，有着极高的质料使用率，，，，，，，相比古板的成形加工要领有着极大的优势。。。。。现在对钛合金3D打印的研究主要集中在质料、装备、手艺以及工艺方面，，，，，，，可是对零件的成形历程中缺陷问题的研究还处于起源阶段。。。。。本文综述了海内外几种常用的钛合金3D 打印手艺，，，，，，，重点先容了其在成形历程中缺陷的分类、危害以及形成缘故原由的研究现状，，，，，，，并团结海内外的研究希望，，，，，，，对合金缺陷的改善要领举行探讨，，，，，，，对钛合金3D打印的生长远景举行展望。。。。。

1、 钛合金3D打印手艺分类

当今，，，，，，，海内外常用的钛合金3D打印要领主要有以下几种。。。。。凭证热源差别可分为：以激光为热源的激光选区烧结成形手艺（selective laser sintering,SLS）、激光选区熔化成形手艺（selective laser melting,SLM）和激光近净成形手艺（laser solid forming,LSF）；；；；；；以电子束为热源的电子束选区熔化成形手艺（electron beam selective melting, EBSM）和电子束熔丝沉积成形手艺（electron beam fuse depositionforming, EBF3）。。。。。

SLS 手艺基于激光粉末床，，，，，，，运用激光有选择地对粉末举行烧结，，，，，，，逐层叠加获得最终的实体零件。。。。。

具有质料使用率高、适用规模广、无需模具和支持结构、可直接制造恣意形状重大的结构件等优点；；；；；；可是由于烧结历程中粉末没有完全熔化，，，，，，，且之间没有受到压力，，，，，，，因此孔隙无法消除，，，，，，，最终获得的制件性能与古板制件相比仍有较大差别，，，，，，，保存剩余应力大、致密度低、强度低等缺陷[10]。。。。。

LSF 手艺接纳同步送粉方法，，，，，，，在激光作用下钛合金粉末最先熔化、凝固，，，，，，，逐层群集，，，，，，，可实现钛合金零件直接制造。。。。。该手艺具有低本钱、周期短、无需模具、质料使用率高等优点，，，，，，，但成形精度低，，，，，，，属于“近净成形”，，，，，，，需经事后续加工才华获得最终的制件[9]。。。。。

在 SLS 手艺基础上生长起来的 SLM 手艺所使用的激光功率更大，，，，，，，整个加工历程都处于保唬；；；；て盏某尚尾漳冢，，，，，，金属粉末完全熔化，，，，，，，乐成填补了SLS 手艺只能成形低熔点金属、孔隙大、力学性能差等弱点[13-14]；；；；；；成形件的精度高和外貌质量好，，，，，，，无需后续加工，，，，，，，属于“净成形”，，，，，，，可是可成形的尺寸有限，，，，，，，且本钱较高。。。。。

EBSM 手艺与 SLM 手艺的成形原理基内情似，，，，，，，主要区别在于 EBSM 手艺接纳能量更大的电子束为热源，，，，，，，整个成形历程均在真空情形中（≤10–2Pa）举行，，，，，，，能够很好地避免空气中其他有害杂质 C、N、O 等的影响。。。。。具有成形速率快、能量密度高、无反射、聚焦利便、真空无污染、尺寸精度高、力学性能好等优点[15-17]。。。。。

基于 LSF 手艺基础生长起来的 EBF3 手艺，，，，，，，具有成形效率快、无反射、质料和能量的使用率高、真空无污染等优点，，，，，，，适合大中型钛合金零件的成形制造修复。。。。。以丝材取代粉末为质料虽然阻止了吹粉问题，，，，，，，可是其成形精度差，，，，，，，需要后续外貌处置惩罚[18-19]。。。。。

表 1 为几种常见的钛合金3D打印手艺较量。。。。。

综合比照，，，，，，，EBSM 手艺是未来最具生长远景的钛合金3D打印手艺，，，，，，，理由如下：（1）EBSM 具有与SLM 手艺相当的成形精度、外貌质量以及优异的力学性能，，，，，，，并且也战胜了 SLM 手艺不可成形大尺寸零件的弱点；；；；；；（2）整个成形历程均在真空情形下举行，，，，，，，有用避免成形历程中 C、N、O 元素对证料的污染；；；；；；（3）接纳功率更大的电子束取代激光束，，，，，，，不但 加速成形效率，，，，，，，并且降低生产本钱。。。。。

2、3D 打印成形钛合金构件缺陷剖析

接纳3D打印手艺制备钛合金，，，，，，，乐成战胜了使用古板要领制备钛合金结构件时，，，，，，，所面临的用度高、质料铺张严重、加工工艺重大，，，，，，，以及后续加工难题等倒运因素，，，，，，，但接纳3D打印手艺成形钛合金零件时，，，，，，，由于粉末/丝材特殊的加工性能，，，，，，，或者工艺参数选择不当，，，，，，，工件容易泛起球化、裂纹、孔隙以及翘曲变形等缺陷。。。。。如图 1 所示，，，，，，，严重影响钛合金的机械性能和成形精度，，，，，，，阻碍了钛合金3D打印手艺的生长。。。。。另外，，，，，，，缺陷无损检测是3D打印件能否实现普遍应用的基础！！。。，，，，，，也是影响3D打印手艺进一步生长的决议因素。。。。。现在，，，，，，，海内外对3D打印件缺陷举行无损检测的要领主要有[20-22]：渗透检测、X 射线检测、磁粉检测和超声检测等。。。。。随着3D打印件向结构大型化、重大化和细腻化偏向生长，，，，，，，古板的无损检测要领已经不再适用于3D打印件的缺陷检测和剖析，，，，，，，新型的无损检测手艺工业 CT 检测和激光超声在线无损检测相继问世。。。。。Plessis 等[23]接纳 CT 手艺检测3D打印成形的重大钛合金结构件，，，，，，，乐成检出了孔隙率仅为 0.005% 的微孔隙，，，，，，，这在接纳通例无损检测要领是险些不可能检出的。。。。。海内一专利[24]发明了激光超声无损检测手艺，，，，，，，使用激光激励的超声外貌波幅的转变检测3D打印历程中爆发的缺陷，，，，，，，实现制造历程同步对零件举行检测。。。。。

表 2 列出几种常见的无损检测手艺较量。。。。。

随着科学手艺的前进，，，，，，，3D 打印手艺也在一直地完善和生长，，，，，，，现在海内外逐渐对这些缺陷形成的缘故原由、分类及其危害举行了大宗的研究，，，，，，，以期使钛合金3D打印手艺获得更为普遍的应用。。。。。

2.1 球化征象

球化征象是3D打印金属质料成形历程中常见的一种缺陷，，，，，，，是指金属粉末经激光或电子束熔化后，，，，，，，不可匀称地铺展于前一层，，，，，，，而是爆发大宗相互隔离的球状金属，，，，，，，这种征象被称为球化征象[25]。。。。。该缺陷主要的危害有以下两个方面：（1）导致金属件组织内部保存孔隙，，，，，，，大大降低成形件的力学性能并增添了外貌粗糙度；；；；；；（2）凝固后的金属球又会使下一层的铺粉不匀称，，，，，，，且铺粉辊又会与前一层所爆发的金属球相互摩擦，，，，，，，不但会破损成形件的外貌质量，，，，，，，并且当他们之间摩擦很是大时，，，，，，，铺粉辊将无法转动，，，，，，，致使成形历程终止。。。。。

近年来，，，，，，，越来越多的学者对球化征象形成缘故原由举行了大宗的研究，，，，，，，但各持差别的意见。。。。。其中“液态金属与固态外貌的润湿问题”的说法较为普遍接受[26]。。。。。球化凭证尺寸差别可分为大尺寸球化和小尺寸球化，，，，，，，对大尺寸球化的形成缘故原由归结于液-固润湿问题。。。。。图 2 所示为液态金属与固态金属的润湿示意图，，，，，，，当熔融金属液匀称铺展时，，，，，，，润湿角θ <90°，，，，，，，固液金属润湿性优异，，，，，，，不会泛起球化，，，，，，，当金属液很难铺展于固态外貌时，，，，，，，θ > 90°，，，，，，，固液金属润湿性差，，，，，，，爆发球化反应。。。。。关于小尺寸球化的成因，，，，，，，则以为是加工历程中爆发液滴飞溅，，，，，，，在熔道或熔道周围凝固成金属球，，，，，，，由于金属液飞溅相对较少，，，，，，，以是金属球的尺寸也较小。。。。。Sallica 等[12]通过研究 SLM成形件 Ti-6Al-4V 的微观组织，，，，，，，发明过高的激光功率会减小熔融金属的外貌能，，，，，，，并导致球化征象的爆发。。。。。张晓博[27]研究了加工情形对球化征象的影响，，，，，，，以为成形气氛中的氧元素容易与熔融金属液爆发反应，，，，，，，形成一层致密的氧化物薄膜，，，，，，，该薄膜并倒运于金属液与固体基底润湿、粘合，，，，，，，容易导致球化的爆发，，，，，，，且球化征象随氧含量的增添，，，，，，，效果越显着；；；；；；他还研究了工艺参数对球化征象的影响，，，，，，，以为激光功率过高，，，，，，，会泛起“飞溅”，，，，，，，导致熔道间的金属球大宗泛起，，，，，，，球化征象显着；；；；；；扫描速率过快，，，，，，，激光在粉末上停留的时间较短，，，，，，，金属液温度低，，，，，，，流动性及润湿性差导致球化征象显着。。。。。沈以赴等

[15]以为球化是由于液相外貌张力大、黏度高，，，，，，，或熔融粉末与未熔化的粉末颗粒和基板未爆发浸润等的影响下爆发，，，，，，，进一步剖析批注，，，，，，，激光快速成形历程中的氧气是导致球化的直接缘故原由。。。。。Gusarov 等[28]借助 Plateau-Rayleigh 毛细不稳固理论[29]指出：球化征象与熔池的几何形状亲近相关，，，，，，，在二维层面上，，，，，，，熔池长度与宽度的比值大于 2.1 时，，，，，，，容易泛起球化征象。。。。。

2.2 孔隙

孔隙是成形历程中的另一种主要缺陷，，，，，，，关于一些高性能致密的钛合金制件，，，，，，，由于孔隙的保存严重降低了制件的力学性能和致密性，，，，，，，阻碍了钛合金的普遍应用。。。。。关于孔隙的成因研究报道较多，，，，，，，上面谈到的球化征象会引起制件的孔隙问题；；；；；；裂纹也会导致孔隙的形成，，，，，，，随着裂纹尺寸的一直变大，，，，，，，裂纹会相遇毗连，，，，，，，最后形成孔隙；；；；；；另外粉末自己的缺陷也会导致孔隙爆发，，，，，，，在快速熔化和凝固历程中，，，，，，，空心粉中含有的气体来缺乏逃逸，，，，，，，从而在成形件中残留形成孔隙，，，，，，，此类孔隙形貌多为球形或类球形。。。。。

Gong 等[30]通过使用较大规模的工艺参数成形Ti-6Al-4V 合金，，，，，，，凭证孔隙率巨细将工艺参数举行分类，，，，，，，并对孔隙的爆发气理举行了讨论。。。。。薛雷等[31]划分接纳未经干燥处置惩罚和经真空干燥处置惩罚的 TC4粉末对制件举行激光快速修复，，，，，，，以为修复历程中孔隙的形成缘故原由归因于以下两种：（1）粉末铺放时吸附了空气中的其他杂质气体，，，，，，，在随后的成形历程中受到激光/电子束加热、熔化后，，，，，，，又经快速凝固获得成形件，，，，，，，其组织内部的气体析出不实时，，，，，，，保保存成形件中并形成孔隙；；；；；；（2）粉末不敷干燥且保存水分，，，，，，，在加热熔融后，，，，，，，一部分在熔池外貌周围的水分以水蒸气的形式蒸发逸出；；；；；；远离熔池外貌的另一部分水分，，，，，，，与（1）类似的情形，，，，，，，由于气体来缺乏逸出，，，，，，，在制件内部爆发气孔。。。。。Zaeh 等[32]研究发明，，，，，，，使用高能量密度的热源加工时，，，，，，，容易造成受热不均，，，，，，，当某部分热量过高时，，，，，，，纵然粉末还未引起球化征象，，，，，，，但仍会形成孔洞，，，，，，，并且朴陋在后续的加工历程中会变长。。。。。

Sallica 等[12]研究发明当激光功率过低时，，，，，，，导致熔化不完全从而引起孔隙，，，，，，，影响致密性。。。。。

2.3 裂纹

裂纹是激光快速成形历程中影响极大的一种缺陷。。。。。在成形历程中，，，，，，，由于熔体过冷度大、冷却速率快，，，，，，，在冷却历程中应力得不到释放而保保存制件内，，，，，，，当应力集中凌驾质料屈服强度就会爆发裂纹[27]。。。。。裂纹通？？？？？煞治⒐哿盐坪秃旯哿盐屏街郑，，，，，，其中成形件组织内部的微观裂纹一样平常是凝固裂纹，，，，，，，归类为热裂纹；；；；；；宏观裂纹则大部分体现为层间裂纹，，，，，，，属于冷裂纹领域。。。。。若制件中保存裂纹，，，，，，，将严重影响制件的组织和力学性能。。。。。微裂纹尺寸相对较小！！。。，，，，，，会降低抗疲劳性能，，，，，，，缩短成形件的使用寿命；；；；；；关于粗裂纹而言，，，，，，，会影响零件的使用性能，，，，，，，甚至导致零件直接报废。。。。。

周旭等[33]研究了近 α 钛合金激光选区熔化成形的开裂机理，，，，，，，得出如下结论：在剩余应力作用下，，，，，，，裂纹形成于侧壁缺口，，，，，，，在沉积层上沿着硬脆化合物扩大。。。。。张升等[34]接纳交替扫描战略制备出 TC4 合金试样，，，，，，，得出如下结论：SLM 成形 TC4 合金历程中裂纹主要为冷裂纹，，，，，，，具有典范的穿晶断裂特征，，，，，，，并指出是由于 SLM 成形历程中激光熔化金属粉末受热不均，，，，，，，致使成形件组织内部爆发大的剩余应力，，，，，，，另外剩余应力的作用下马氏体组织（抗裂强度低）也会爆发裂纹。。。。。Lukas 等[35]研究了工艺参数对 SLM手艺的 β 型 TNM-B1 钛铝合金裂纹的成因，，，，，，，得出如下结论：功率和扫描速率较低时，，，，，，，制件容易爆发笔直于熔池的裂纹，，，，，，，并以为在凝固历程中过快的冷却速率所爆发的剩余应力是导致开裂的主要缘故原由。。。。。

西北工业大学的张凤英等[36]持相同的看法，，，，，，，也以为是工艺参数选择不当，，，，，，，造成 SLM 制件内部粉末熔合不良，，，，，，，导致制件爆发开裂。。。。。刘延辉等[37]研究了激光3D打印 TC4 钛合金根部裂纹爆发的缘故原由，，，，，，，微观组织如图 3 所示，，，，，，，以为 TC4 钛合金泛起裂纹的基础缘故原由是根部保存组织缺陷、过大的剩余应力、性能漫衍不均以及预热温度缺乏等配合导致的。。。。。刘彦

涛等[38]研究功效梯度质料 TA15 + Ti2 AlNb 合金激光熔融沉积成形时发明，，，，，，，激光熔化沉积手艺所制备异种质料的界面为冶金团结，，，，，，，异种质料团结界面会形成过渡区，，，，，，，过渡区通常是梯度复合结构的薄弱环节，，，，，，，容易爆发裂纹，，，，，，，此裂纹具有沿界面断裂的特征，，，，，，，他们以为裂纹形成的缘故原由是异种质料界面过渡区通常唬；；；；嵊卸孕阅艿乖说牡诙相析出，，，，，，，导致质料易沿 界面断裂。。。。。

2.4 翘曲变形

翘曲变形是基于粉末床3D打印成形手艺的又一个难题，，，，，，，经常泛起在悬伸无支持部分，，，，，，，其形成的最基础缘故原由是移动的激光点或电子束热源对粉末床的不匀称加热，，，，，，，形成大的温度梯度，，，，，，，导致质料系统缩短的纷歧致，，，，，，，主要是熔固缩短和温致缩短[39, 49]。。。。。

其中温致缩短是指成形件在打印完成后，，，，，，，冷却至常温的历程中所爆发的缩短，，，，，，，与质料自己的缩短率有关，，，，，，，对爆发翘曲变形作用较小！！。。唬；；；；熔固缩短是由于粉末经激光/电子束熔融后，，，，，，，经常爆发的一种行为。。。。。主要是由于成形历程中，，，，，，，粉末经加热后从熔融状态转变为固态，，，，，，，温差转变较大，，，，，，，故熔固缩短相当严重[39, 43]。。。。。

翘曲变形对成形件的尺寸巨细、成形精度、形位误差等的影响很大，，，，，，，甚至会严重影响后续加工。。。。。

海内外针对钛合金翘曲变形的研究较少。。。。。吴伟辉等[40]对成形历程中造成翘曲变形的成因举行了研究，，，，，，，翘曲变形示意图如图 4 所示，，，，，，，可以看出激光作用的目今层 (i) 层，，，，，，，受到高温的作用处于塑性状态，，，，，，，在凝固历程中过快的冷却速率，，，，，，，导致缩短变形；；；；；；第 (i–1) 层温度略低于第 i 层的温度，，，，，，，此时塑性较差或处于弹性状态，，，，，，，在冷却历程中，，，，，，，其缩短变形小于第 (i) 层的变形量，，，，，，，可是在第 (i) 层严重翘曲变形的作用下，，，，，，，第 (i–1) 层也会爆发大幅度的向上翘曲变形。。。。。同理第 (i–2)、(i–3) 层也有相同的影响，，，，，，，只是距离 (i) 层越远，，，，，，，对应层的缩短量越小！！。。，，，，，，当距离 (i)层抵达一定距离时，，，，，，，对应的层已不爆发缩短变形，，，，，，，翘曲变形终止。。。。。齐海波等[41]接纳电子束选区熔化成形TC4 钛合金成形件，，，，，，，以为扫描路径对成形件温度漫衍的影响，，，，，，，导致热应力漫衍不匀称是翘曲变形爆发的主要缘故原由。。。。。杨立宁等[42]通过建设数值剖析模子，，，，，，，研究了在差别扫描路径和群集速率下，，，，，，，所对应的热应力场漫衍和转变行为，，，，，，，以及它们对制件翘曲变形的影响。。。。。李守卫等[43]剖析了 SLS 手艺成形历程中的温度场与热应力场对翘曲变形的影响机理。。。。。

3、钛合金3D打印成形工艺优化

针对上述种种常见的合金缺陷，，，，，，，海内外学者运用差别的原理，，，，，，，接纳差别的工艺优化要领对合金缺陷的抑制举行了探讨。。。。。其中研究较多的要领主要有：对粉末举行预热、优化工艺参数或者对制件举行后续热处置惩罚等，，，，，，，都可以响应地改善合金的缺陷，，，，，，，提高合金的组织性能。。。。。

3.1 3D打印工艺优化

使用差别的成形手艺，，，，，，，加工差别的质料，，，，，，，其最优的工艺参数各不相同，，，，，，，合理的设置工艺参数（激光功率、扫描速率、扫描间距、扫描战略、层厚、预热温度以及成形气氛等）能够显着减小球化、孔隙、裂纹以及翘曲变形等缺陷。。。。。

Fischer 等[44]基于 SLS 手艺使用高能量密度的激光（Nd:YAG 激光），，，，，，，对工业纯 Ti 举行了激光成形。。。。。效果发明：制件的球化征象显着获得改善，，，，，，，且成形件的孔隙率也获得提高。。。。。Cormier 等[45]以为接纳预热增添粉末黏度，，，，，，，将待熔化粉末加热到一定的温度，，，，，，，可有用镌汰球化征象。。。。。张永志等[46]研究发明，，，，，，，通过对基板举行预热可降低熔池的凝固速率与成形历程中的温度梯度，，，，，，，减小 SLM 成形合金中的裂纹数目，，，，，，，但无法完全消除裂纹。。。。。梁晓康等[47]接纳 SLM 成形手艺制备 TC4 钛合金试样，，，，，，，研究了工艺参数对剩余应力的影响。。。。。效果发明：扫描战略对外貌剩余应力漫衍有一定的影响，，，，，，，当线能量密度一准时，，，，，，，随着填充间距的增添，，，，，，，成形层外貌剩余应力有减小的趋势。。。。。周旭等[33]研究了近 α 钛合金激光选区熔化成形开裂机理及抑制研究，，，，，，，发明对工艺举行优化，，，，，，，可减小组织内部的剩余应力，，，，，，，从而可有用抑制裂纹的爆发；；；；；；另外还研究了预热温度对裂纹抑制的影响，，，，，，，发明裂纹的数目随着预热温度的提高逐渐镌汰，，，，，，，在预热温度提高到 350 ℃ 时，，，，，，，裂纹险些完全消逝。。。。。陈静等[48]研究了 TC4 钛合金的激光快速成形，，，，，，，效果发明，，，，，，，氧含量严重影响成形件的工艺、外貌质量和开裂行为，，，，，，，当包管氧含量低于 0.02%（质量分数）时，，，，，，，获得的 TC4 薄板试样外貌质量优异且没有孔隙、裂纹等缺陷。。。。。傅蔡安等[49]研究了扫描路径对选择性激光烧结工艺成形件的翘曲变形的影响，，，，，，，得出如下结论：优化了扫描路径不但大大降低翘曲变形量，，，，，，，并且大大缩短加工时间提高加工效率。。。。。

3.2 后处置惩罚工艺优化

钛合金3D打印制件的后处置惩罚工序主要有退火、热等静压、固溶时效、抛光、渗碳等，，，，，，，其中退火的主要目的是减小零件内部的剩余应力，，，，，，，热等静压则可以镌汰组织内部的孔隙。。。。。汤慧萍等[50]在粉末床预热的基础上，，，，，，，团结随行热处置惩罚工艺[51]，，，，，，，也就是在每完成一层粉末熔化扫描后，，，，，，，再经快速扫描实现缓冷保温，，，，，，，从而通过塑性及蠕变使应力松懈，，，，，，，避免应力应变累计，，，，，，，抵达减小变形、抑制零件开裂、降低剩余应力水平的目的。。。。。张霜银等[52]使用小孔释放法对 TC4 钛合金（LENS 手艺成形）沉积态和热处置惩罚后的剩余应力举行研究，，，，，，，效果批注，，，，，，，经热处置惩罚后，，，，，，，成形件的剩余应力降低显著，，，，，，，且漫衍匀称。。。。。

Terner 等[53]以为金属粉末在制备历程中所保存的氩气泡，，，，，，，在随后的成形历程中会导致孔隙的爆发，，，，，，，它一样平常呈细小球状，，，，，，，再经热等静压处置惩罚后，，，，，，，孔隙会再次减小！！。。，，，，，，但不影响质料的力学性能。。。。。

4、 钛合金3D打印手艺的生长趋势

钛合金3D打印手艺作为一项前沿的制造手艺，，，，，，，集设计、制造于一体，，，，，，，近年来引起各界普遍关注，，，，，，，并在航空航天、国防军事、生物医学、汽车高铁等高精尖领域展示了辽阔的应用远景，，，，，，，可是，，，，，，，相较于古板制造手艺起步较晚，，，，，，，生长历史仅 30 年左右，，，，，，，与天下先进国家较量还保存很大的差别，，，，，，，好比：钛合金零件的成形效率低、精度还未能抵达高精水平、装备和质料的制备本钱高，，，，，，，以及仍未实现大规模的工业、商业应用等问题，，，，，，，特殊是成形件缺陷的抑制问题。。。。。现在我国对零件的成形历程中保存的缺陷问题，，，，，，，球化、裂纹、孔隙、翘曲变形等的研究还处于起源阶段，，，，，，，仍有大宗的研究事情急需举行。。。。。未来钛合金3D打印手艺的生长趋势如下：

（1）在质料方面，，，，，，，研制开发新型的球形钛合金粉末的生产装备和制备工艺，，，，，，，提高钛合金粉末的质量（粒度、球形度、流动性、夹杂气体等），，，，，，，进而改善制件的组织和力学性能。。。。。别的，，，，，，，通过提高粉末的收得率和粉末的接纳再使用来降低本钱。。。。。

（2）在装备方面，，，，，，，一方面应提高装备的成形效率、成形精度，，，，，，，以及降低本钱等；；；；；；另外，，，，，，，还要研发大型的工业级打印装备，，，，，，，逐步实现大规模生产和应用。。。。。

（3）在检测方面，，，，，，，陪同3D打印件向大型化、重大化和细密化偏向生长，，，，，，，许多古板的无损检测要领保存盲区，，，，，，，需要开发新型的无损检测手艺；；；；；；通过对组织、缺陷实时监控的在线检测手艺是未来重点的研究偏向之一；；；；；；另外，，，，，，，建设和完善无损检测标准，，，，，，，是3D打印手艺普遍应用的依据。。。。。

（4）在工艺方面，，，，，，，进一步优化3D打印手艺的工艺，，，，，，，抑制成形历程中的缺陷，，，，，，，提高成形件的力学性能。。。。。成形历程中零件内应力演变纪律、变形开裂行为以及缺陷爆发气理等要害问题，，，，，，，仍然是未来需要重点研究的问题。。。。。

参考文献：

［1］乔旭. 钛合金增材制造手艺的剖析和未来趋势[J]. 中国新手艺新产品，，，，，，，2015（23）：76.

（QIAO X. Analysis and future trend of titanium alloyaugmentation manufacturing technology[J]. New Tech-nology and New Products in China，，，，，，，2015（23）：76.）

［2］伏欣. 海内增材制造（3D 打印！！。。┦忠丈は肿从胙芯壳魇芠J]. 中国高新手艺企业，，，，，，，2016（24）：27-28.

（FU X. The development status and research trend ofdomestic augmented material manufacturing（3D print-ing）technology[J]. China Hi-tech Enterprise，，，，，，，2016 （24）：27-28.）

［3］谭语夷.3D打印的手艺现状与生长趋势[J]. 中国机械，，，，，，，2014（11）：55.

（TAN Y Y. The technical status and development trendof 3D printing[J]. China Machinery，，，，，，，2014（11）：55.）

［4］孙镇镇.3D打印质料及其生长问题与趋势[J]. 中国粉体工业，，，，，，，2016（1）：4-6.

（SUN Z Z. 3D printing materials and their development problems and trends[J]. China’s Powder Industry，，，，，，，2016（1）：4-6.）

［5］YEONG W Y，，，，，，，CHUA C K，，，，，，，LEONG K F，，，，，，，et al. Rap-id prototyping in tissue engineering：challenges and po-tential[J]. Trends in Biotechnology，，，，，，，2004，，，，，，，22（12）：643-652.

［6］曾亮华，，，，，，，刘继常. 金属3D打印手艺的生长剖析[J]. 机械工程师，，，，，，，2016（3）：42-44.

（ZENG L H，，，，，，，LIU J C. Development of metal 3D print-ing technology analysis[J]. Mechanical Engineer，，，，，，，2016（3）：42-44.）

［7］李涤尘，，，，，，，田小永，，，，，，，王永信.增材制造手艺的生长[J].电加工与模具，，，，，，，2012（增刊 1）：20-22.

（LI D C，，，，，，，TIAN X Y，，，，，，，WANG Y X. Development ofadditive materials manufacturing technology[J]. Electric-al Machining and Die，，，，，，，2012（Suppl 1）：20-22.）

［8］祁斌.3D打印手艺在船舶领域的应用[J]. 中国船检，，，，，，，2016（6）：94-100.

（QI B. Application of 3D printing technology in shipfield[J]. China Ship Inspection，，，，，，，2016（6）：94-100.）

［9］杨强，，，，，，，鲁中良，，，，，，，黄福享，，，，，，，等.激光增材制造手艺的研究现状及生长趋势[J].航空制造手艺，，，，，，，2016，，，，，，，507（12）：26-31.

（YANG Q，，，，，，，LU Z L，，，，，，，HUANG F X，，，，，，，et al. Research status and development trend of laser augmentation man-ufacturing technology[J]. Aviation Manufacturing Tech-

nology，，，，，，，2016，，，，，，，507（12）：26-31.）

［10］闫占功，，，，，，，林峰，，，，，，，齐海波，，，，，，，等.直接金属快速成形制造手艺综述[J]. 机械工程学报，，，，，，，2005，，，，，，，41（11）：1-7.

（YAN Z G，，，，，，，LIN F，，，，，，，QI H B，，，，，，，et al. Summary of dir-ect metal rapid prototyping manufacturing technology[J].Journal of Mechanical Engineering，，，，，，，2005，，，，，，，41（11）： 1-7.）

［11］钱九红. 航空航天用新型钛合金的研究生长及应用[J].有数金属，，，，，，，2000，，，，，，，24（3）：218-223.

（QIAN J H. Development and application of new titani-um alloys for aerospace[J]. Rare Metals，，，，，，，2000，，，，，，，24（3）：218-223.）

［12］SALLICA L E，，，，，，，JARDINI A L，，，，，，，FOGAGNOLO J B.Microstructure and mechanical behavior of porous Ti-6Al-4V parts obtained by selective laser melting[J].

Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Mater-ials，，，，，，，2013，，，，，，，3（26）：98-108.

［13］BIRSER E M，，，，，，，MOSKYITIN G V，，，，，，，POLYAKOV A N，，，，，，，et al. Industrial laser cladding: current state and fu-ture[J]. Welding Imeraatonal，，，，，，，2011，，，，，，，25（3）：234- 243.

［14］KRUTH J P，，，，，，，FROYEN L，，，，，，，VAEMBERGH J V，，，，，，，et al.Selective laser melting of iron based powder[J]. Journalof Materials Processing Technology，，，，，，，2004，，，，，，，149（1-    3）：616-622.

［15］胡孝昀，，，，，，，沈以赴，，，，，，，李子全，，，，，，，等.金属粉末激光快速成形的工艺及质料成形性[J].质料科学与工艺，，，，，，，2008，，，，，，，16（3）：378-383.

（HU X Y，，，，，，，SHEN Y F，，，，，，，LI Z Q，，，，，，，et al. Processing andmaterial formability of metal powder laser rapid prototyp-ing[J].MaterialScienceand Technology，，，，，，，2008，，，，，，， 16（3）：378-383.）

［16］陈济轮，，，，，，，杨洁，，，，，，，于海静.外洋高能束增材制造手艺应用现状与最新生长[J]. 航天制造手艺，，，，，，，2014（4）：1-4+10.

（CHEN J L，，，，，，，YANG J，，，，，，，YU H J. The abroad applica-tion and latest development of high-energy beam additive manufacturing technology[J]. Space Manufacturing Technology，，，，，，，2014（4）：1-4+10.）

［17］刘海涛，，，，，，，赵万华，，，，，，，唐一平.电子束熔融直接金属成形工艺的研究[J]. 西安交通大学学报，，，，，，，2007，，，，，，，41（11）：1126.

（LIU H T，，，，，，，ZHAO W H，，，，，，，TANG Y P. Study on direct metal forming by electron beam melting[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University，，，，，，，2007，，，，，，，41（11）：1126.）

［18］陈哲源，，，，，，，锁红波，，，，，，，李晋炜.电子束熔丝沉积快速制造成形手艺与组织特征[J]. 航天制造手艺，，，，，，，2010（1）：40-43.

（CHEN Z Y，，，，，，，SOU H B，，，，，，，LI J W. Rapid prototyping and microstructure characteristics of electron beam fuse deposition[J]. Space Manufacturing Technology，，，，，，，2010 （1）：40-43.）

［19］黄秋实，，，，，，，李良琦，，，，，，，高彬彬.外洋金属零部件增材制造手艺生长概述[J]. 国防制造手艺，，，，，，，2012（5）：28-31.

（HUANG Q S，，，，，，，LI L Q，，，，，，，GAO B B. Overview of the development of foreign metal parts manufacturing tech-nology[J]. National Defense Manufacturing Techno- logy，，，，，，，2012（5）：28-31.）

［20］杨平华，，，，，，，高祥熙，，，，，，，梁菁，，，，，，，等.金属增材制造手艺生长动向及无损检测研究希望[J].质料工程，，，，，，，2017，，，，，，，45（9）：13-21.

（YANG P H，，，，，，，GAO X X，，，，，，，LIANG J，，，，，，，et al. Develop-ment trend of metal additive manufacturing technology and research progress of nondestructive testing[J]. Ma- terials Engineering，，，，，，，2017，，，，，，，45（9）：13-21.）

［21］赵静. 机械零件缺陷的无损检测要领生长趋势[J]. 农业装备与车辆工程，，，，，，，2005（9）：39-40.

（ZHAO J. Development trend of nondestructive testing methods for defects of mechanical parts[J]. Agricultural Equipment and Vehicle Engineering，，，，，，，2005（9）：39-40.）

［22］肖永顺，，，，，，，王凤娟.工业 CT 在3D打印领域的新应用[C]//天下射线数字成像与 CT 新手艺钻研会.厦门：[出书者不详]，，，，，，，2014.

（XIAO Y S，，，，，，，WANG F J. New applications of industri-al CT in 3D printing[C]//National Symposium on Radio-graphic Digital Imaging and CT New Technologies. Xia- men，，，，，，，China：[s.n]，，，，，，，2014.）

［23］PLESSIS A D，，，，，，，ROUX S G L，，，，，，，ELS J，，，，，，，et al. Applica-tion of microCT to the non-destructive testing of an addit-ive manufactured titanium component[J]. Case Studies inNondestructive Testing & Evaluation，，，，，，，2015，，，，，，，4（11）：1-7.

［24］王晓，，，，，，，史亦韦，，，，，，，梁菁，，，，，，，等.激光超声在线无损检测增材制造零件的要领：CN106018288A[P]. 2016-06-17.

（WANG X，，，，，，，SHI Y W，，，，，，，LIANG J，，，，，，，et al. Methods of on-line laser ultrasonic nondestructive testing of augmen-ted materials for manufacturing parts：N106018288A [P]. 2016-06-17.）

［25］GU D，，，，，，，SHEN Y. Balling phenomena in direct laser sin-tering of stainless steel powder: metallurgical mechan-isms and control methods[J]. Materials & Design，，，，，，，2009，，，，，，，30（8）：2903-2910.

［26］李瑞迪，，，，，，，魏青松，，，，，，，刘锦辉，，，，，，，等.选择性激光熔化成形要害基础问题的研究希望[J].航空制造手艺，，，，，，，2012，，，，，，，401（5）：26-31.

（LI R D，，，，，，，WEI Q S，，，，，，，LIU J H，，，，，，，et al. Research pro-gress on key basic problems of selective laser melting forming[J].Aviation Manufacturing Technology，，，，，，，2012，，，，，，，401（5）：26-31.）

［27］张晓博. Ti 合金选择性激光熔化成形要害手艺的研究[D]. 西安：陕西科技大学，，，，，，，2015.

（ZHANG X B. Research on key technologies of select-ive laser melting of Ti alloy[D]. Xi’an：Shaanxi Uni-versity of Science and Technology，，，，，，，2015.）

［28］GUSAROV A V，，，，，，，YADROITSEV I，，，，，，，BERTRAND P，，，，，，，et al. Heat transfer modelling and stability analysis of se-lective laser melting[J]. Applied Surface Science，，，，，，， 2007，，，，，，，254（4）：975-979.

［29］RAYLEIGH L. On the instability of a cylinder of viscous liquid under capillary force[J]. The London, Edinburgh,and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Sci-ence ，，，，，，，2010，，，，，，，34（207）：177-180.

［30］GONG H，，，，，，，RAFI K，，，，，，，GU H，，，，，，，et al. Analysis of defect generation in Ti-6Al-4V parts made using powder bed fu-sion additive manufacturing processes[J]. Additive Man-ufacturing，，，，，，，2014（Suppl 1/2/3/4）：87-98.

［31］薛蕾，，，，，，，陈静，，，，，，，张凤英，，，，，，，等. 飞机用钛合金零件的激光快速修复[J].有数金属质料与工程，，，，，，，2006，，，，，，，35（11）：1817-1821.

（XUE L，，，，，，，CHEN J，，，，，，，ZHANG F Y，，，，，，，et al. Rapid laser repair of titanium alloy parts for aircraft[J]. Rare Metal Materials and Engineering，，，，，，，2006，，，，，，，35（11）：1817- 1821.）

［32］ZAEH M F，，，，，，，KAHNERT M. The effect of scanning strategies on electron beam sintering[J]. Production En-gineering，，，，，，，2009，，，，，，，3（3）：217-224.

［33］周旭，，，，，，，周燕，，，，，，，魏青松，，，，，，，等.激光选区熔化近 α 钛合金开裂机理及抑制研究[J].中国机械工程，，，，，，，2015，，，，，，，26（20）：2816-2820.

（ZHOU X，，，，，，，ZHOU Y，，，，，，，WEI Q S，，，，，，，et al. Study oncracking mechanism and inhibition of near-alpha titani-um alloy by selective laser melting[J]. China Mechanic- al Engineering，，，，，，，2015，，，，，，，26（20）：2816-2820.）

［34］张升，，，，，，，桂睿智，，，，，，，魏青松，，，，，，，等.选择性激光熔化成形TC4 钛合金开裂行为及其机理研究[J]. 机械工程学报，，，，，，，2013，，，，，，，49（23）：21-27.

（ZHANG S，，，，，，，GUI R Z，，，，，，，WEI Q S，，，，，，，et al. Study oncracking behavior and mechanism of selective laser melt-ing forming of TC4 titanium alloy[J]. Journal of Mech- anical Engineering，，，，，，，2013，，，，，，，49（23）：21-27.）

［35］LUKAS L，，，，，，，FRANK P S，，，，，，，UTA K，，，，，，，et al. Selective lasermelting of a bete-solidifying TNM-B1 titaniun aluminidealloy[J]. Journal of Materials Processing Technology，，，，，，，2014（214）：1852-1860.

［36］张凤英，，，，，，，陈静，，，，，，，谭华，，，，，，，等.钛合金激光快速成形历程中缺陷形成机理研究[J]. 有数金属质料与工程，，，，，，，2007，，，，，，，36（2）：211-215.

（ZHANG F Y，，，，，，，CHEN J，，，，，，，TAN H，，，，，，，et al. Study on thedefect formation mechanism in laser rapid prototyping oftitanium alloys[J]. Rare Metal Materials and Engineer- ing，，，，，，，2007，，，，，，，36（2）：211-215.）

［37］刘延辉，，，，，，，瞿伟成，，，，，，，朱小刚，，，，，，，等.激光3D打印 TC4 钛合金工件根部裂纹成因剖析[J]. 理化磨练: 物理分册，，，，，，，2016，，，，，，，52（10）：682-685.

（LIU Y H，，，，，，，QU W C，，，，，，，ZHU X G，，，，，，，et al. Cause analys-is of cracks in the root of TC4 titanium alloy workpieceduring laser 3D printing[J]. Physical and Chemical Ex- amination：PhysicalScroll，，，，，，，2016，，，，，，，52（10）：682-685.）

［38］刘彦涛，，，，，，，张永忠，，，，，，，陈以强，，，，，，，等. 激光熔化沉积 TA15+Ti2AlNb 合金的组织与力学性能[J].航空质料学报，，，，，，，2017，，，，，，，37（3）：61-67.

（LIU Y T，，，，，，，ZHANG Y Z，，，，，，，CHEN Y Q，，，，，，，et al. Micro-structure and mechanical properties of laser melting de-posited TA15+Ti2AlNb alloys[J]. Journal of Aeronautic- al Materials，，，，，，，2017，，，，，，，37（3）：61-67.）

［39］帅昌俊.选择性激光烧结翘曲变形抑制研究[D].武汉：华中科技大学，，，，，，，2007.

（SHUAI C J. Study on inhibition of warpage of select-ive laser sintering[D]. Wuhan：Huazhong University ofScience and Technology，，，，，，，2007.）

［40］吴伟辉，，，，，，，杨永强，，，，，，，毛星，，，，，，，等. 激光选区熔化增材制造金属零件精度优化工艺剖析[J]. 铸造手艺，，，，，，，2016（12）：2636-2640.

（WU W H，，，，，，，YANG Y Q，，，，，，，MAO X，，，，，，，et al. Process op-timization for precision manufacturing of metal parts bylaser selective melting and addition[J]. Casting Techno- logy，，，，，，，2016（12）：2636-2640.）

［41］齐海波，，，，，，，杨明辉，，，，，，，齐芳娟. 扫描路径对电子束选区熔化TC4 成形件性能影响的数值模拟[J]. 焊接学报，，，，，，，2009，，，，，，，30（8）：5-8.

（QI H B，，，，，，，YANG M H，，，，，，，QI F J. Numerical simulationof the effect of scanning path on the properties of electric-ally melted TC4 parts[J]. Acta Welding，，，，，，，2009，，，，，，， 30（8）：5-8.）

［42］杨立宁，，，，，，，单忠德，，，，，，，戎文娟，，，，，，，等. 金属件熔融群集3D打印历程热应力场数值模拟[J]. 铸造手艺，，，，，，，2016（4）：753-758.

（YANG L N，，，，，，，SHAN Z D，，，，，，，RONG W J，，，，，，，et al. Numer-ical simulation of thermal stress field in 3D printing pro-cess of metal melt deposition[J]. Foundry Technology，，，，，，， 2016（4）：753-758.）

［43］李守卫，，，，，，，沈以赴，，，，，，，顾冬冬，，，，，，，等.选择性激光烧结金属件翘曲与开裂问题的研究希望[J].激光杂志，，，，，，，2005，，，，，，，26（5）：4-6.

（LI S W，，，，，，，SHEN Y F，，，，，，，GU D D，，，，，，，et al. Progress in re-search on warpage and cracking of metal parts in select-ive laser sintering[J]. Laser Journal，，，，，，，2005，，，，，，，26（5）： 4-6.）

［44］FISHCHER P，，，，，，，ROMANO V，，，，，，，WEBER H P，，，，，，，et al. Sin-tering of commercially pure titanium powder with a Nd:YAG laser source[J]. Acta Materialia，，，，，，，2003，，，，，，，51 （6）：1651-1662.

［45］CORMIER D，，，，，，，HARRYSSON O，，，，，，，WEST H. Character-ization of H13 steel produced via electron beam melting[J].Rapid Prototyping Journal，，，，，，，2004，，，，，，，10 （1）：35-41.

［46］张永志，，，，，，，侯慧鹏，，，，，，，彭霜，，，，，，，等. 激光选区熔化 HastelloyX 合金的显微组织与拉伸性能的各向异性[J]. 航空质料学报，，，，，，，2018，，，，，，，38（6）：50-56.

（ZHANG Y Z，，，，，，，HOU H P，，，，，，，PENG S，，，，，，，et al. Aniso-tropy of microstructure and mechanical properties of Hastelloy X alloy produced by selective laser melting[J].

Journal of Aeronautical Materials，，，，，，，2018，，，，，，，38（6）：50-56.）

［47］梁晓康，，，，，，，陈济轮，，，，，，，严振宇，，，，，，，等. 激光选区熔化成形 TC4钛合金外貌粘粉及剩余应力研究[J].电加工与模具，，，，，，，2016（5）：52-55.

（LIANG X K，，，，，，，CHEN J L，，，，，，，YAN Z Y，，，，，，，et al. Study on surface adhesive powder and residual stress of TC4 titani-um alloy formed by laser selective melting[J]. Elec- tromachining and Mold，，，，，，，2016（5）：52-55.）

［48］陈静，，，，，，，杨海欧，，，，，，，汤慧萍，，，，，，，等. 成形气氛中氧含量对 TC4钛合金激光快速成形工艺的影响[J].中国质料希望，，，，，，，2004，，，，，，，23（3）：23-26.

（CHEN J，，，，，，，YANG H O，，，，，，，TANG H P，，，，，，，et al. Effect of oxygen content in forming atmosphere on laser rapid pro-totyping process of TC4 titanium alloy[J]. Progress of Materials in China，，，，，，，2004，，，，，，，23（3）：23-26.）

［49］傅蔡安，，，，，，，陈佩胡.选择性激光烧结的翘曲变形与扫描方法的研究[J]. 铸造，，，，，，，2008，，，，，，，57（12）：1237-1240.

（FU C A，，，，，，，CHEN P H. Study on warpage deformation and scanning mode of selective laser sintering[J]. Cast-ing，，，，，，，2008，，，，，，，57（12）：1237-1240.）

［50］汤慧萍，，，，，，，王建，，，，，，，逯圣路，，，，，，，等.电子束选区熔化成形手艺研究希望[J]. 中国质料希望，，，，，，，2015，，，，，，，34（3）：225-235.

（TANG H P，，，，，，，WANG J，，，，，，，LU S L，，，，，，，et al. Research pro-gress of electron beam selective melting technology[J].Progress in Materials in China，，，，，，，2015，，，，，，，34（3）：225- 235.）

［51］TANG H P，，，，，，，YANG G Y，，，，，，，JIA W P，，，，，，，et al. Additivemanufacturing of a high niobium-containing titanium alu-minide alloy by selective electron beam melting[J]. Ma-terials Science & Engineering：A，，，，，，，2015，，，，，，，636：103-107.

［52］张霜银，，，，，，，林鑫，，，，，，，陈静，，，，，，，等. 热处置惩罚对激光立体成形 TC4剩余应力的影响[J]. 有数金属质料与工程，，，，，，，2009，，，，，，，38（5）：774-778.

（ZHANG S Y，，，，，，，LIN X，，，，，，，CHEN J，，，，，，，et al. Effect of heattreatment on residual stress of laser stereoformingTC4[J]. Rare Metal Materials and Engineering，，，，，，，2009，，，，，，，38（5）：774-778.）

［53］TERNER M，，，，，，，BIAMINO S，，，，，，，EPICOCO P，，，，，，，et al. Elec-tron beam melting of high niobium containing TiAl al-loy：feasibility investigation[J]. Steel Research Interna-tional，，，，，，，2012，，，，，，，83（10）：943-949.

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