潘鹏鹏
身份证号：37028319880120****
摘要：叠加制造技术，是将金属材料以逐层叠加的形式来制造零件，从而达到零件图纸要求的先进制造技术。近年来，金属材料的叠加制造工艺受到行业的关注和推崇。一方面，叠加制造技术实现了传统“快速成形”只能制造非金属材料零件的局限，金属材料的零件也可借助叠加制造技术来制造；另一方面，叠加制造技术还能够实现生产效率与生产质量有效提升，进一步降低零件的制造成本。
关键词：金属材料；叠加制造技术；模具制造；应用
1金属材料叠加制造技术的优势
1.1复杂几何形状的加工
金属材料具有良好的延展性，可以满足制造业各个领域的需要。同时，借助叠加制造技术，可以制造出相应的图形和图案，可以满足多种工模具的制造要求，不会对金属造成其他影响。例如，在传统工艺中很难生产出具有螺旋型腔的零件。通过采用叠加制造技术，可以以叠加的形式生产出产品。同时，可预留未加工区域，实现逐层生产制造。众所周知，复杂几何形状的工件在各个领域有着广泛的应用。叠加制造技术解决了制造中的困难，提高了产品的适用性和实用价值。
1.2各种材料的复合加工
现代工业的发展对金属材料的复合加工能力提出了更高的要求。一些工具、模具或机械零件要求表面耐磨性高，冲击载荷下韧性好。这类工件通常采用低碳钢的化学热处理来解决。如果采用叠加制造方法，可以制造出满足上述工况要求的功能梯度材料，并且可以比传统方法更好地控制功能梯度各层的厚度，大大提高了零件的性能。在刀具制造领域，相应的要求更为严格，需要将具有各种特性的金属材料组合成一体，而叠加制造技术也可以实现这一目标。
1.3成本和效率的精确控制
无论是在现代工业领域还是传统的机械加工领域，生产成本和效率都是最重要的因素。成本决定了覆盖制造技术能否进行大规模的实践和应用，效率决定了覆盖制造技术能否适应当前市场化的发展模式，能够为制造企业提供巨大的经济价值和发展潜力。准确控制成本和效率是覆盖制造技术可持续发展和应用的重要原因，也是推动技术不断升级和改进的主要因素。因此，对于相关产业的从业人员来说，要不断提高叠加制造技术的生产效率，降低制造技术的投入成本，形成良性的生态闭环。
2叠加制造技术的主要方式
2.1选择性激光熔化技术
选择性激光熔化技术是以激光为能源，将金属粉末逐层熔化叠加的制造技术。根据计算机设定的截面形状，在激光的热作用下熔化每层金属粉末。冷却后与前一凝固层形成冶金结合，最终得到按模型设计的金属零件。选择性激光熔化工艺与选择性粉末烧结工艺相似，但选择性粉末烧结工艺只需熔化低熔点粉末作为粘结剂，而高熔点粉末不需要熔化，因此所需温度较低。选择性激光熔化技术必须使金属粉末在激光作用下完全熔化，熔化温度高，金属材料在冷却过程中会形成较大的残余应力和变形，需要进行后续的热处理以消除残余应力。
2.2电子束熔炼技术
电子束熔炼（EBM）是近年来发展起来的一种新型叠合制造技术。它利用高能电子束将金属粉末逐层熔化，实现产品的叠加制造。电子束熔化的原理与选择性激光熔化相似，但前者需要在真空中进行。电子束熔化技术能够直接加工复杂的几何结构，如空腔、网格结构等；它具有窄波束实现高功率、高成形效率的能力，并能显著缩短制造周期；成型环境温度高（700以上℃)零件残余应力小。广泛应用于飞机、发动机的多叶片、机壳、散热器、支架、吊耳等零件的制造。
2.3激光工程成网技术
激光工程网成形技术，又称激光近形制造技术或激光近网成形技术。其工作原理是利用高功率聚焦激光束在金属基体上熔化局部区域，用喷嘴将金属粉末喷入熔池中，使粉末熔化凝固。
在形成一层金属之后，喷嘴提升一层厚度并继续沉积新的金属层。于是一层层，最后制成金属零件。激光工程网成形系统由计算机、大功率激光器、撒粉机和工作台组成。激光工程网成形技术将选择性激光烧结技术与激光熔覆技术相结合，既保留了选择性激光烧结技术的优点，又克服了零件密度低、性能差的缺点。
激光工程网成形技术常用于制造注塑模具、大型金属零件和大尺寸薄壁结构件、修复模具，也可加工活性金属，如钛、镍、钽、钨、铼等特殊金属。
2.43D打印技术
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，由计算机将零件的3D模型分成一定厚度的切片，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的叠加技术。3D技术主要有熔融沉积成型、选择性激光烧结成型、液体树脂光固化成型等三种。
3D打印技术有许多优点，如不需要机械加工或使用模具，就能直接从计算机图形数据中打印制造出任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本；由于直接打印出产品，无需进行加工，因此大幅减少了材料浪费；能够打印出传统加工无法生产的结构复杂的零件等。
3叠加制造技术在工模具制造领域的应用
3.1模具随形冷却水道加工
传统模具冷却通道主要采用简单的直孔冷却水循环形式。因此，当模具腔结构相对复杂时，相应的冷却效果相对较差，叠加制造技术的应用可以实现共形冷却通道的有效制造，冷却通道可根据腔面轮廓的变化而变化，从而达到良好的冷却效果。一方面，共形冷却通道的加工可以提高冷却水的冷却效果；另一方面，采用叠加制造技术，可以提高产品质量。由于目前金属构件加工技术的局限性，共形冷却通道加工没有得到广泛的应用和推广。随着叠加技术的应用和发展，随机冷却模的加工将成为行业发展的趋势。
3.2模具成型
叠加制造技术克服了传统生产工艺的缺点，生产周期长，能够实现复杂模具的快速制造。基于一次性加工模式，选择性激光熔接技术是一种常用的应用技术，它可以实现多种复杂形状模具的快速制造，满足批量生产的要求和标准。超声固结技术也是模具快速成形的重要核心技术。该工艺加工的模具在航空航天工业中得到了广泛的应用。模具被誉为技术之母，是现代工业发展的重要核心技术。借助叠加制造技术，可以实现金属模具制造领域的突破和创新，提升模具制造的价值和意义，顺应当前行业的发展趋势，具有极其重要的科研价值。吉列、比亚迪等汽车制造企业纷纷进行模具成型制造升级优化，提升企业核心竞争力。
3.3工具材料的改进
采用叠加制造技术，可以将异质或异质材料用于制造工具。也就是说，复合材料或功能梯度材料可以通过叠加制造技术、配置各种材料的组成比或利用不同材料之间的性能差异，来制造和使用在工具制造中，使刀具制造材料种类多样化。利用激光工程网成形技术和超声固结技术，可生产出功能梯度刀具制造材料。例如，超声波固结技术可用于将不锈钢、铜、铬镍合金等材料与铝合金作为基料相结合，生产复合材料或功能梯度材料。刀具材料的改进和升级，提高了刀具的适应性和使用寿命，扩大了刀具的加工范围。使传统工具无法加工的工件加工成为可能，具有重要的现实意义。
结论
综上所述，通过对叠加制造技术的具体内容的分析和论述，结合对应的应用领域进行分析和探索。金属材料的使用，借助叠加制造技术，能够实现更高的应用价值和发展潜力，符合时代的发展需求以及行业的发展方向，作为工业制造领域的基础，金属材料的应用和发展具有广阔的前景。
参考文献：
[1]张华东.复合材料成型工艺的发展[J].世界有色金属，2019，505（13）：280-281.
[2]张霄峰，李静怡.有色金属材料成型加工技术分析[J].产城（上半月），2020，000（002）：P.1-1.
作者简介：潘鹏鹏 1988年1月20日 男 汉族 山东省平度市 本科 金属材料工程