金属粉末床熔融工艺在线监测技术综述

赵德陈 林 峰

1.清华大学机械工程系，北京，100084

2.先进成形制造教育部重点实验室，北京，100084

3.生物制造与快速成形技术北京市重点实验室，北京，100084

0 引言

增材制造是一种由数据驱动、逐层累加材料成形实体零件的先进制造技术，与传统的减材制造相比，该技术可成形轻量化、复杂结构和多材料梯度结构，工艺流程短、材料浪费少，且无需模具，支持个性化和定制化加工，已广泛应用于航空航天、生物医疗、汽车等领域［1-3］。

根据送料方式的不同，金属增材制造分为熔覆沉积和粉末床熔融（选区熔化）技术两类［4］。前者采用同步送粉或送丝的方式，在高能束扫描的同时向熔池区域填充原材料；后者采用预先在成形区域铺设粉末床的方式。金属粉末床熔融技术包括激光选区熔化（selective laser melting，SLM）技术和电子束选区熔化（electron beam selective melting，EBSM）技术。SLM技术采用激光束作为热源，具有较高的成形精度和表面光洁度；EBSM技术采用高能电子束作为热源，具有更快的成形速度，且成形热应力小，可成形高熔点材料和脆性材料。

激光或电子束扫描粉末床，使之熔化沉积的过程，是一个多种物理场相互耦合、高度动态的复杂过程，成形件易产生诸如翘曲变形［5-6］、球化［7］、开裂［8］等宏观缺陷，以及气孔［9-13］、夹渣［14］、未融合［12，15］等内部冶金缺陷。对成形件缺陷的及时探测和抑制，可极大地提升金属粉末床熔融工艺的成形质量，消除工艺不稳定性对该技术发展的限制。

在线监测是指在工艺过程中对成形状态和缺陷进行及时探测的技术方法。……