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综上所述 ， 增材制造技术可以分为“快速原型制造技术”和“金属构件直接制造技术”两大类 。“ 快速原型制造技术”( rapid prototype manufacturing ， RP＆RPM) 主要方法有“3D 打印( 3DP) ”、“立体印刷( SLA) ”、“叠层 实体造型( LOM) ”、“熔融沉积造型( FDM) ”、“选择性激光烧结( SLS) ”等五大类 。主要制造尺寸较小 ， 由树脂、石蜡、纸张等材料组成的原型样件及由陶瓷、金属粉末组成的“非致密”原型样件或模型制造 。金属构件直接制造技术则采用激光束、电子束、等离子束或电弧等对粉末或丝材进行逐层熔化/凝固堆积 ， 直接制造出致密的金属零件 。
国内关桥院士提出“广义增材制造”的概念 ， 具体如图1所示 。广义增材制造的热源 ， 除激光束和电子束外 ， 还有化学能、电能( 电弧等) 、电化学能、光能、机械能等 。图中的中心圆是通常所谓的“增材制造”( 3D 打印) ， 以激光、电子束等为热源与 CAD/CAM 结合 ， 分层熔敷成形的增材制造 ， 包含了非金属、金属构件和生物模型的增材制造等; 图中的外椭圆展现的是“广义增材制造”的技术分类 ， 不局限于分层熔敷成形 ， 还包括冷喷涂成形、热喷涂成形、物理气相成形、化学气相成形、电化学成形、 堆焊成形、块体组焊成形等 。
二、激光增材制造技术原理
依据美国试验材料学会 ASTM 的定义 ， 根据材料在沉积时的不同状态 ， 激光增材制造技术分为定向能量沉积( Direct Energy Deposit ， DED) 和粉末熔覆( Powder Bed Fusion ， PBF) 两类 。
激光粉末熔覆技术PBF ， 又可以称为激光选区熔化成形技术(Selective Laser Melting ， SLM) ， 其首先利用CAD软件设计出零件的三维模型 ， 然后根据打印工艺对模型进行切片分层后 ， 将各截面的二维轮廓数据导入打印设备中 ， 并设定具体的扫描路线 。激光打印时根据设定的扫描路线逐层熔化通过送粉装置均匀铺敷在工作平面基板的金属粉末 ， 具体的原理如图 2 所示 。
激光选区熔化技术(SLM)可以直接制造出终端金属产品 ， 实现了材料、结构和功能的一体化设计和制造; 可以加工出传统制造方法无法加工的复杂金属零件 ， 如轻质点阵夹芯结构、空间曲面多孔结构、复杂型腔流道结构等 ， 解决了复杂金属构件难加工、周期长、成本高等技术难题; 金属零件具有很高的尺寸精度以及很好的表 面粗糙度 ， 无需二次加工 。但是SLM技术打印构件的力学性能仅能达到或者优于铸、锻件水平; 成形件的复杂性基本不受限制但是成形尺寸较小; 另外适用于 SLM 成形的材料种类还较少 ， 目前报道的主要有铁基合金、镍基合金、铝合金和钛合金等 。
激光定向能量沉积技术(DED) ， 又可以称为激光直接沉积成形技术( Direct Laser Deposition ， DLD) ， 是 在快速原型技术和激光熔覆技术的基础上发展起来的 一种先进制造技术 。该技术是基于离散/堆积原理 ， 通过对零件的三维 CAD 模型进行分层处理 ， 获得各层截面的二维轮廓信息并生成加工路径 ， 在惰性气体保护环境中 ， 以高能量密度的激光作为热源 ， 按照预定的加工路径 ， 将同步送进的粉末或丝材逐层熔化堆积 ， 从而实现金属零件的直接制造与修复 ， 其原理如图 3 所示 。
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