Лазерное аддитивное производство металлических компонентов: материалы, процессы и механизмы

В отличие от традиционных методов удаления материала аддитивное производство (AM) основано на философии послойного приращения материала. AM подразумевает послойное формообразование и уплотнение порошковой заготовки в произвольные конфигурации, обычно с использованием компьютерно управляемого лазера. Текущая задача развития AM — производство функциональных металлических компонентов сложной формы, включая чистые металлы, сплавы и металлические матричные композиционные материалы (MMCs), для удовлетворения жестких требований аэрокосмической, оборонной, автомобильной и биомедицинской промышленности. Лазерное спекание (LS), лазерное плавление (LM) и лазерное напыление металла (LMD) в настоящее время считаются тремя наиболее универсальными процессами AM. Лазерные AM-процессы, как правило, имеют сложную неравновесную физическую и химико-металлургическую природу, зависящую от материала и процесса. Необходима ясность в отношении влияния характеристик материала и условий обработки на металлургические механизмы и на результирующие микроструктурные и механические свойства обработанных AM компонентов. В настоящем обзоре сначала даются определения процессов LS/LM/LMD и рабочих механизмов уплотнения для металлических компонентов. Рассматриваются порошковые материалы, используемые для AM, в категориях: порошки чистых металлов, предварительно легированные порошки и многокомпонентные порошки металлов/сплавов/MMC, а также связанные механизмы уплотнения в процессе AM. Далее представлен подробный обзор материальных и технологических аспектов AM, включая физические характеристики материалов для AM и микроструктурные и механические свойства компонентов, обработанных AM. Общая цель — установить взаимосвязь между материалом, процессом и металлургическими механизмами при лазерном аддитивном производстве металлических компонентов.