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摘要：作为最近十几年来迅速发展起来的新技术，激光直接快速成形技术不仅综合了快速原型技术以及激光熔覆技术的全部优点，同时能够有效的实现高性能致密金属零件的直接成形，不仅大大虽短了生产周期，同时极大限度的解决了成本问题，具有十分快速的市场响应速度。文章以激光直接快速成形技术在金属零件成形中的应用为主线，重点研究该技术的原理以及在金属零件直接快速成形中的应用。
关键词：快速原型技术，金属零件直接快速成形，致密金属，激光熔覆技术
关于激光快速成形技术的研究最早可以追溯到上世纪70年代，当时主要研究的是激光多层烧结，该研究是激光快速成形技术的雏形，随着计算机技术、以及快速原型技术的不断发展，激光快速成形技术已经逐渐成为各个学者研究的焦点。
其中，苏海军等总结性的回顾了激光快速成形技术在我国的发展阶段，并对近年来新产生的激光快速成形技术进行了综述，最后介绍了这些新技术在高性能材料加工中的应用情况，为激光快速成形技术在金属材料加工的应用奠定了理论基础;张永忠分析了高性能金属零件激光快速成形技术的发展现状以及研究进展，其重点强调了激光快速成形技术在金属材料加工的过程中应当把重点进行内部质量控制以保证金属零件的质量;王雅先重点分析了激光直接快速成形技术在汽车行业的应用，重点分析了该技术在各个汽车金属零件制备过程中的重要作用。
结合专家们的观点，本文重点研究激光快速成形技术的原理以及在金属材料加工成形方面的应用现状，以期为金属材料的加工提供合理化建议。
1 激光直接快速成形技术相关概述
激光快速成形技术基于快速原型制造技术，同时也是顺应时代潮流产生的一种新的零件加工生产方式，目前，快速成型工艺有很多种，如立体光固造型技术、叠层实体制造技术等，但是这些技术都主要针对非金属材料，针对金属材料的快速成型技术主要有激光工程净形制造技术、激光金属成形技术等，用于金属零件加工制造的快速成型技术就是本文所要论述的激光直接快速成形技术，建成LDRF技术。
LDRF技术的主要原理是基于“离散+堆积”成形机理，利用增材制造法实现金属零件的直接快速成形。
2 激光直接快速成形技术的特点
LDRF技术主要具备以下特点：
第一，制造速度快，材料消耗小，能够有效的节约成本。该技术直接将金属材料制备成成形件，省去了很多后续加工工艺，后续的机械加工量也非常少，不仅节省了材料提高了制造速度，同时有减少了大量的后处理过程中模具制造的成本。
第二，能够对金属零件的性能进行很好的控制。LDRF技术基于烧结法原理，实现对材料的有效堆积，因此对于零件的性能能够实现良好的控制，零件制造过程中可以根据需要在零件不同的部位使用不同的成分。
第三，能够有效的提高金属零件的特性。利用激光将原材料进行快速的融化，并且快速凝固成所需的零件，这样的工序能够得到细腻、均匀致密的结构，不仅有效的克服的材料的偏析所带来的不利影响，同时能够有效的提高材料的力学性能以及化学性能。
第四，可以加工高熔點的材料。对于一些金属材料，如钨，其熔点相当的高，因此利用传统的方法对其进行加工往往非常的费时费力。而采用LDRF技术，可以利用激光的高能量密度有效的实现高熔点金属材料的加工，降低加工难度的同时提高加工精度。
虽然LDRF技术拥有诸多优点，但是在实际应用过程中还需要在以下几个方面加以注意：
第一，应当发展激光快速成形技术的实时观测技术，密切关注材料成型过程中的质量与精度的变化，把控整体质量。
第二，把握成形精度与成形速率之间的最佳匹配。
3 激光直接快速成形技术在金属零件中的应用
在金属零件的激光直接快速成形过程中，金属粉末的烧结是一个非常复杂的过程，也是金属零件加工中的最重要的一步，因此，对于激光直接快速成形技术在金属零件中的应用，需要充分的把握这一关键步骤。
3.1激光直接快速成形技术在单组元金属零件粉末成形过程中的应用
对于单组元金属粉末，其成形过程大致可以分为三个阶段。第一个阶段为粉末颗粒相互吸引阶段，主要依靠其表面微溶液相的作用;第二个阶段为熔化阶段，依靠激光的能量使粉末颗粒继续熔化，在第二个阶段，由于激光的作用，会使得粉末颗粒发生飞溅;第三个阶段是球形颗粒的形成阶段，主要依靠熔化粉末的表面张力的作用。
3.2激光直接快速成形技术在双组元金属零件粉末成形过程中的应用
对于单组元金属粉末，其成形过程也可以分为三个阶段。第一个阶段为颗粒重排阶段，在这一阶段主要发生的现象时金属颗粒的熔化与重新排列，通过高能量密度的激光所带来的足够高的温度，使得粉末颗粒熔化成为液相，并且随着液相的流动，熔化的颗粒发生滑动、旋转最后进行重排;第二个阶段是溶解-析出阶段。该阶段主要发生的现象时大颗粒的不规则部分以及细小的颗粒溶解在液相中，随着颗粒溶解的不断增多，固相在液相中的溶解度达到平衡最总出现饱和，之后大颗粒将会重新析出;第三个阶段是固相骨架成形级阶段。在该阶段，颗粒的颈部继续增大，晶粒在生长的同时出现空洞粗化现象。
在实际烧结过程中，由于受到温度、气氛以及液相量的影响，会使得三个阶段之间发生相互重叠，因此，一般说来三个阶段的区分不是那么的严格。
3.3激光直接快速成形技术在预合金零件粉末成形过程中的应用
与单元金属不同，预合金粉末在融化的时候由于合金的两种或者几种金属的熔点不同会出现共融区，而预合金的成形也需要通过烧结的过程来实现，因此预合金粉末的成形过程要更为复杂，主要包括液相的产生、粉末颗粒的破碎、颗粒的重新排列、晶粒的再填充、晶粒的滑动、粗化以及溶解-再沉淀等组成。
4 结论
在金属零件激光直接快速成形过程中，由于操作或者技术本身的弊端，会出现一些问题，主要如下：第一，零件的表面质量问题。在烧结过程中，不可避免的少数粉末会粘在已经固化材料的表面，进而影响零件的表面质量，针对这一现象，可采用逐层激光成型以及机械修整的方法来解决;第二，气孔问题。在粉末融化过程中，由于气体的存在，会使得这些气体在快速凝固过程中无法快速逃逸便面而形成气孔。针对这一现象，可以通过惰性气体保护或者减缓熔池冷却结晶速度来解决。综上所述，金属零件激光快速成形技术拥有诸多有点，然而，其在实际操作中还需要注意各种影响零件质量的问题，只有这样才能加工出高质量的零件。
参考文献
[1] 苏海军， 尉凯晨， 郭伟，等. 激光快速成形技术新进展及其在高性能材料加工中的应用[J]. 中国有色金属学报， 2013（6）：1567-1574.
[2] 张永忠， 石力开. 高性能金属零件激光快速成形技术研究进展[J]. 航空制造技术， 2010（08）：39-42.
[3] 王雅先. 激光选区快速成型技术在汽车行业的应用[J]. 激光杂志， 2011， 32（3）：37-38.
[4] 黄战川， 乔自平. 激光快速成形技术与模具制造[J]. 模具技术， 2010（05）：63-66.
[5] 王瑾， 赵亮， 宁玮. 激光快速成型技术在汽车精铸件生产中的应用%Application of Laser Rapid Prototyping Technology in Automobile Precision Casting Production[J]. 铸造技术， 2018， 039（007）：1439-1442，1446.
[6] 孔源. 激光快速成形方法制备金属零件关键技术研究[J]. 装备制造技术研究室， 2012.
[7] 王海东， 尚华， 黄葵，等. 金属零件激光直接快速成型制造技术研究[J]. 中国制造业信息化：学术版， 2010.
关键词：快速原型技术，金属零件直接快速成形，致密金属，激光熔覆技术
关于激光快速成形技术的研究最早可以追溯到上世纪70年代，当时主要研究的是激光多层烧结，该研究是激光快速成形技术的雏形，随着计算机技术、以及快速原型技术的不断发展，激光快速成形技术已经逐渐成为各个学者研究的焦点。
其中，苏海军等总结性的回顾了激光快速成形技术在我国的发展阶段，并对近年来新产生的激光快速成形技术进行了综述，最后介绍了这些新技术在高性能材料加工中的应用情况，为激光快速成形技术在金属材料加工的应用奠定了理论基础;张永忠分析了高性能金属零件激光快速成形技术的发展现状以及研究进展，其重点强调了激光快速成形技术在金属材料加工的过程中应当把重点进行内部质量控制以保证金属零件的质量;王雅先重点分析了激光直接快速成形技术在汽车行业的应用，重点分析了该技术在各个汽车金属零件制备过程中的重要作用。
结合专家们的观点，本文重点研究激光快速成形技术的原理以及在金属材料加工成形方面的应用现状，以期为金属材料的加工提供合理化建议。
1 激光直接快速成形技术相关概述
激光快速成形技术基于快速原型制造技术，同时也是顺应时代潮流产生的一种新的零件加工生产方式，目前，快速成型工艺有很多种，如立体光固造型技术、叠层实体制造技术等，但是这些技术都主要针对非金属材料，针对金属材料的快速成型技术主要有激光工程净形制造技术、激光金属成形技术等，用于金属零件加工制造的快速成型技术就是本文所要论述的激光直接快速成形技术，建成LDRF技术。
LDRF技术的主要原理是基于“离散+堆积”成形机理，利用增材制造法实现金属零件的直接快速成形。
2 激光直接快速成形技术的特点
LDRF技术主要具备以下特点：
第一，制造速度快，材料消耗小，能够有效的节约成本。该技术直接将金属材料制备成成形件，省去了很多后续加工工艺，后续的机械加工量也非常少，不仅节省了材料提高了制造速度，同时有减少了大量的后处理过程中模具制造的成本。
第二，能够对金属零件的性能进行很好的控制。LDRF技术基于烧结法原理，实现对材料的有效堆积，因此对于零件的性能能够实现良好的控制，零件制造过程中可以根据需要在零件不同的部位使用不同的成分。
第三，能够有效的提高金属零件的特性。利用激光将原材料进行快速的融化，并且快速凝固成所需的零件，这样的工序能够得到细腻、均匀致密的结构，不仅有效的克服的材料的偏析所带来的不利影响，同时能够有效的提高材料的力学性能以及化学性能。
第四，可以加工高熔點的材料。对于一些金属材料，如钨，其熔点相当的高，因此利用传统的方法对其进行加工往往非常的费时费力。而采用LDRF技术，可以利用激光的高能量密度有效的实现高熔点金属材料的加工，降低加工难度的同时提高加工精度。
虽然LDRF技术拥有诸多优点，但是在实际应用过程中还需要在以下几个方面加以注意：
第一，应当发展激光快速成形技术的实时观测技术，密切关注材料成型过程中的质量与精度的变化，把控整体质量。
第二，把握成形精度与成形速率之间的最佳匹配。
3 激光直接快速成形技术在金属零件中的应用
在金属零件的激光直接快速成形过程中，金属粉末的烧结是一个非常复杂的过程，也是金属零件加工中的最重要的一步，因此，对于激光直接快速成形技术在金属零件中的应用，需要充分的把握这一关键步骤。
3.1激光直接快速成形技术在单组元金属零件粉末成形过程中的应用
对于单组元金属粉末，其成形过程大致可以分为三个阶段。第一个阶段为粉末颗粒相互吸引阶段，主要依靠其表面微溶液相的作用;第二个阶段为熔化阶段，依靠激光的能量使粉末颗粒继续熔化，在第二个阶段，由于激光的作用，会使得粉末颗粒发生飞溅;第三个阶段是球形颗粒的形成阶段，主要依靠熔化粉末的表面张力的作用。
3.2激光直接快速成形技术在双组元金属零件粉末成形过程中的应用
对于单组元金属粉末，其成形过程也可以分为三个阶段。第一个阶段为颗粒重排阶段，在这一阶段主要发生的现象时金属颗粒的熔化与重新排列，通过高能量密度的激光所带来的足够高的温度，使得粉末颗粒熔化成为液相，并且随着液相的流动，熔化的颗粒发生滑动、旋转最后进行重排;第二个阶段是溶解-析出阶段。该阶段主要发生的现象时大颗粒的不规则部分以及细小的颗粒溶解在液相中，随着颗粒溶解的不断增多，固相在液相中的溶解度达到平衡最总出现饱和，之后大颗粒将会重新析出;第三个阶段是固相骨架成形级阶段。在该阶段，颗粒的颈部继续增大，晶粒在生长的同时出现空洞粗化现象。
在实际烧结过程中，由于受到温度、气氛以及液相量的影响，会使得三个阶段之间发生相互重叠，因此，一般说来三个阶段的区分不是那么的严格。
3.3激光直接快速成形技术在预合金零件粉末成形过程中的应用
与单元金属不同，预合金粉末在融化的时候由于合金的两种或者几种金属的熔点不同会出现共融区，而预合金的成形也需要通过烧结的过程来实现，因此预合金粉末的成形过程要更为复杂，主要包括液相的产生、粉末颗粒的破碎、颗粒的重新排列、晶粒的再填充、晶粒的滑动、粗化以及溶解-再沉淀等组成。
4 结论
在金属零件激光直接快速成形过程中，由于操作或者技术本身的弊端，会出现一些问题，主要如下：第一，零件的表面质量问题。在烧结过程中，不可避免的少数粉末会粘在已经固化材料的表面，进而影响零件的表面质量，针对这一现象，可采用逐层激光成型以及机械修整的方法来解决;第二，气孔问题。在粉末融化过程中，由于气体的存在，会使得这些气体在快速凝固过程中无法快速逃逸便面而形成气孔。针对这一现象，可以通过惰性气体保护或者减缓熔池冷却结晶速度来解决。综上所述，金属零件激光快速成形技术拥有诸多有点，然而，其在实际操作中还需要注意各种影响零件质量的问题，只有这样才能加工出高质量的零件。
参考文献
[1] 苏海军， 尉凯晨， 郭伟，等. 激光快速成形技术新进展及其在高性能材料加工中的应用[J]. 中国有色金属学报， 2013（6）：1567-1574.
[2] 张永忠， 石力开. 高性能金属零件激光快速成形技术研究进展[J]. 航空制造技术， 2010（08）：39-42.
[3] 王雅先. 激光选区快速成型技术在汽车行业的应用[J]. 激光杂志， 2011， 32（3）：37-38.
[4] 黄战川， 乔自平. 激光快速成形技术与模具制造[J]. 模具技术， 2010（05）：63-66.
[5] 王瑾， 赵亮， 宁玮. 激光快速成型技术在汽车精铸件生产中的应用%Application of Laser Rapid Prototyping Technology in Automobile Precision Casting Production[J]. 铸造技术， 2018， 039（007）：1439-1442，1446.
[6] 孔源. 激光快速成形方法制备金属零件关键技术研究[J]. 装备制造技术研究室， 2012.
[7] 王海东， 尚华， 黄葵，等. 金属零件激光直接快速成型制造技术研究[J]. 中国制造业信息化：学术版， 2010.