高强铝合金的激光3D打印技术研究进展

金属激光3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。其中基于自动铺粉的激光选区熔化成形技术（Selective Laser Melting，SLM）主要特点是加工精度高、后续几乎不需要机械加工，可以直接制造各种复杂精密金属零件，实现结构功能一体化、轻量化，在航空航天、生物医疗制造等领域有广泛的应用需求。

目前，SLM技术所应用的材料已涵盖钛合金、高温合金、铁基合金、钴铬合金和少量强度不高的铝合金等材料体系。高强铝合金，作为一种在工业领域有着广泛应用的轻质材料，在SLM领域的需求日益旺盛。但是与其他已经成功应用于SLM的材料相比，高强铝合金具有较高的导热率以及对激光较高的反射率，且合金化程度高，结晶范围宽，使得其SLM成形存在有很强的热裂倾向，严重限制了其工程应用。

为解决现有SLM成形高强铝合金材料的热裂问题，武汉光电国家实验室激光先进制造研究团队的博士生张虎、聂小佳等在朱海红教授的指导下，从传统铝合金材料设计的角度出发，通过在SLM成形高强铝合金中添加微量元素的方法，获得了致密无裂纹的试样。在成功抑制热裂纹的同时，SLM成形效率大幅提升；与原有粗大的柱状晶显微组织不同，微量元素改性后的组织为1mm量级的等轴晶；在细晶强化和析出强化的共同作用下，极限抗拉强度提升12%。

图 微量元素对SLM成形高强铝合金裂纹、组织和力学性能的影响

该研究成果突破了现有SLM技术成形高强铝合金的工艺瓶颈，有望加速铝合金材料在激光3D打印领域的工业化应用。2017年6月，该研究成果“Effect of Zirconium addition on crack, microstructure and mechanical behavior of selective laser melted Al-Cu-Mg alloy”发表在金属冶金工程领域期刊Scripta Materialia（IF：3.305，DOI：10.1016/j.scriptamat.2017.02.036）。该研究工作得到国家自然科学基金的支持

来源：武汉光电国家实验室(筹)
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