高性能金属零件的激光快速成形技术是结合快速原型制造技术及激光熔覆技术而发展起来的一种先进制造技术，该技术通过高功率激光熔化同步输送的原料粉末（预合金化粉末、元素混合粉、金属与陶瓷的混合粉末等）或丝材，在沉积基板的配合运动下，逐点逐层堆积材料，通过不断生长制备出零件。该技术具有以下特点：（1）突破了传统去除加工方法的限制，无需零件毛坯和大型锻造、铸造设备及模具，可实现材料制备与成形的一体化，显著缩短零件制造周期、降低制造成本、提高材料利用率；（2）在同一套系统上可进行不同材料零件的制造，具有广泛的材料及设计适应性；（3）所沉积零件具有致密的组织和良好的综合性能；（4）可以很方便地通过材料及工艺的调节与控制，实现多种材料在同一零件上的集成制造，满足零件不同部位的不同性能需要。该技术是一种新型的数字化添加材料成形技术，在航空航天等高技术领域及国防装备建设中具有重要的发展应用前景，近年来得到研究及相关应用部门的广泛关注[1-3]。本文着重介绍国内外在上述方面的进展情况，并分析需要解决的关键问题。
高性能金属结构件的直接成形
美国首先于1995年提出高性能金属零件的激光快速成形技术，在能源部研究计划支持下，Sandia及Los Alomos国家实验室率先发展出称为LENS（Laser Engineered Net Shaping）[4]及DLF（Directed Light Fabrication）[5]的技术，研究了不锈钢、镍基合金、钛合金、难熔金属等材料的组织及性能，并采用该技术成功制造出铼及铱的喷管[6]，显示出该技术在高性能金属零件直接成形方面的优势，并于1998年由Optomec公司成功推出商业化的LENS系统。随后美国的Stanford University、University of Michigan、英国的University of Birmingham、University of Manchester、University of Liverpool及加拿大的National Research Council等也发展了分别称作为SDM（Shape Deposition Manufacturing）、DMD（Direct Metal Deposition）、DLF（Direct Laser Fabrication）、DLD（Direct Laser Deposition）、LDC（Laser Direct Casting）、LC（Laser Consolidation）的技术[7-11]，尽管各自的名称不同，但原理和方法是一致的，系统所配备的激光器主要有CO2气体激光器、Nd:YAG固体激光器及光纤激光器，所成形的材料包括各种不锈钢、镍基合金、钛合金等。相关研究表明，激光快速成形的金属零件具有致密、细小的组织，成分均匀，力学性能达到或超过锻件水平[10-12]，表1为激光快速成形不同材料的力学性能。
由于该技术在大型钛合金结构件直接成形方面的突出优势及其在飞机等装备研制生产中的广阔应用前景，高性能钛合金结构件的激光快速成形研究一直是该领域的研究重点[3, 10-14]。美国MTS公司于1997年成立了专门从事钛合金飞机结构件激光快速成形技术开发应用的AeroMet公司，与Boeing、Lockheed Martin、Northrop-Grumman等飞机制造商合作，在美国空军、陆军及国防部有关研究计划支持下，进行激光快速成形钛合金飞机结构件的应用关键技术研究，直接成形出各种钛合金飞机结构件，于2000年9月完成了激光快速成形钛合金飞机机翼结构件的地面性能考核试验，构件的静强度及疲劳强度达到飞机设计要求[15]，2001年AeroMet公司开始为Boeing公司F/A-18E/F舰载联合歼击/攻击机小批量试制发动机舱推力拉梁、机翼转动折叠接头、翼梁等钛合金次承力结构件，并于2002年率先实现激光快速成形钛合金次承力结构件在F/A-18等战机上的验证考核和装机应用，并制定出专门的技术标准（AMS 4999），图1是AeroMet公司为Boeing公司采用激光快速成形制造的飞机整体钛合金隔框。但由于所成形钛合金结构件的疲劳性能低于钛合金锻件，最终未能实现该技术在飞机主承力结构件上的应用，公司于2005年12月关闭。
