华南理工杨永强教授团队：激光增材制造技术进展与前沿

增材制造技术已在我国发展 30 余年，为向全球学者介绍中国的研究成果，在Additive Manufacturing Frontiers (AMF) 执行主编李涤尘教授的带领下，组织策划了“中国增材制造 30 年发展”特刊 (Special Issue on 30 Years of Development of Additive Manufacturing in China)，通过十余个国内增材制造领域的代表性团队的高质量论文，向大家介绍过去 30年来我国增材制造技术的发展历程、主要研究成果以及未来发展趋势。

其中，华南理工大学杨永强教授团队发表了题为“Frontiers in Laser Additive Manufacturing Technology”的文章。

概述了3D打印技术的前沿进展,包括设备、软件、现场监测和创新设计策略

激光增材制造是目前的主流金属增材制造技术之一，主要包括激光选区熔化和激光定向能量沉积技术。由于激光束光斑尺寸小、能量密度高及热影响区小，该技术能保证高致密、高性能精细复杂零件成形，在航空航天、工业模具和生物医疗等领域得到了广泛的应用。

大型Lpbf技术示意图:(a)大型Lpbf工艺的代表性方法(b,c)分别安装DM-450和DM-650设备(d)ML-pbf软件(e)优化气体进口结构和流量(f)消除重叠线(g)航空航天轻型格子部件。

目前，激光增材制造技术仍存在以下突出问题：

1）激光选区熔化装备成形尺寸仍然受到限制；

2）三维异质材料成形控制精度低、技术不成熟；

3）激光增材制造零件表面精度仍需进一步提高；

4）单一激光能量场的增材制造零件存在应力大、缺陷不易消除、组织不均匀等问题；

5）成形性能一致性、过程稳定性、以及工艺可重复性亟待提高。

lpbf制造零件小型角度及无支撑结构的设计:(a)下表面工艺面积划分原则(b)不同向下比较层数的影响 T 在相同倾斜角的样品的下表面工艺区(c)变角度样品的下表面工艺区的自适应控制(d)环形叶轮模型及其制造件(e)优化工艺支持设计和制造件

本文提供了激光增材制造技术在未来的潜在发展方向：

1）由单一激光器向多波长（红光与蓝光、绿光相结合）/类型（连续激光与皮秒、飞秒激光相结合）/数量激光器发展，实现大尺寸、高效率、高精度增材制造；

2）由低效率、低连接质量多材料增材制造向高效率、高强度多材料增材制造发展，通过改进现有铺粉方式、设计界面连接结构等手段，实现高效率、高强度且粉末不易交叉污染的多材料增材制造；

3）由在线监测向在线监控发展，建立声、光、热、磁等在线监测信号与打印质量的有效评价体系，为在线监控的实现提供关键判据；

设计Lpbf无装配结构:(a)无装配设计;(b)间隙特征优化;(c)机构定位;(d)机构的不同装配角度;(e)(e)CAD模型的无装配"铜币算盘"和(f)使用Lpbf制造的零部件

Lpbf的生物医学应用,包括牙科修复、颌骨修复、眶假体、体间融合笼、人工髋关节和膝关节修复(来自中国南方大学和科技的未发表资料

研究人员持续不断探索与创新，以拓宽激光增材制造技术的技术范围和应用领域。作为中国SLM领域的先驱研究团队，杨永强教授团队在过去的二十多年里，对SLM设备、控制软件、材料与工艺开发以及工业创新应用进行了广泛而深入的研究。