图8 激光粉末床熔合增材制造工艺流程

在成形过程中，右侧粉筒上升一个设定值，粉辊向左侧移动，左侧成形筒板上均匀涂上一层粉末，然后通过LPBF熔化金属粉末层，逐层形成三维金属零件。需要注意的是工艺参数，如激光功率、扫描速度等，应与粉末材料和粉末层厚度相匹配，以实现致密且无缺陷的零件。整个过程在具有惰性气体保护的成形室中进行，以防止金属在高温下与其他气体发生反应。LPBF设备中现有的粉末涂装装置对铁基、镍基、钛基等金属粉末材料的适用性较高，但对铝合金粉末的适用性较低，导致其LPBF成形工艺不容易顺利进行。

LPBF制造的零件通常具有以下特点。

1）可达到的相对密度通常高于95%，甚至99.9%。

2）小激光束尺寸使构建的零件具有高尺寸精度（可达到的最高精度为±0.05mm）和优异的表面质量（Ra≤10μm）。

3）快速冷却和凝固速度导致极细的微观结构（一次枝晶臂间距通常为数百纳米），这使其与铸件和锻件相比具有优越或相当的机械强度。

LPBF制造的局限性如下。 

1）LPBF技术通常用于制造相对较小且精密的零件，主要是因其构建效率低且尺寸精度高。

2）LPBF过程中的粉末球化很难以消除，导致细孔的形成和力学性能的劣化。 

3）由快速加热和冷却速率（高达106～108K/s）引起的不均匀温度分布会引起较大的残余应力，从而导致变形甚至裂纹形成。

由于对制造精度的要求很高，以及加工腔室对零件尺寸的限制，所以LPBF常用于形成复杂的中小尺寸精密结构。LPBF零件的功能属性一般大于承载属性，为满足整体性能要求，许多部件需要创造性地设计结构，例如具有复杂内油道、气道和内腔的燃料喷嘴、轴承座、控制系统外壳、航空发动机中的叶片和舱口轴承、铰链、进气门和飞机辅助发动机室单元结构的排气门，以及卫星中的支撑结构，这些部件都适合使用 LPBF来制造。LPBF有利于实现材料加工的“近净成形”新概念，特别适用于制造结构复杂的金属零件，以满足生物医学、国防、航空航天等领域的有限订单要求或特殊定制要求和应用，特别是射频元件。随着制造业的不断升级、科技的发展和应用推广的需求，利用LPBF直接制造功能部件已成为其发展的主要方向。

3.2  激光定向能量沉积 

激光定向能量沉积技术（LDED）是20世纪90年代初期由世界各地的许多研究机构独立开发的。因此，历史上它有许多不同的术语，例如激光固体成形、激光金属沉积、激光工程近净成形等，但是技术原理本质上是相似的。本文使用根据 ASTM F2792-12a 规定的术语—— LDED。