此前，瑞士洛桑聯邦理工學院開發出了一種工藝技術，可顯著減少選區激光熔化（SLM）期間金屬部件發生開裂的問題。研究人員稱，這項技術為(wei) 生產(chan) 具有耐高溫、抗損壞、抗腐蝕能力的金屬部件解決(jue) 了關(guan) 鍵技術難題。

在選區激光熔化期間，強大的激光能量將金屬粉末熔化融合在一起，並逐層構建出3D組件。然而，一些金屬和合金無法承受選區激光熔化過程中的高溫變化，其結果是結構件發生開裂。

■圖片來源：瑞士洛桑聯邦理工學院

洛桑聯邦理工學院熱機械冶金實驗室的研究人員描述了他們(men) 的解決(jue) 方法，即如何在3D打印過程中快速“修複”裂縫，該方法是在增材製造過程中每隔幾層就進行一次激光處理。這種被稱為(wei) “激光衝(chong) 擊強化”（laser shock peening）的處理方法，是通過周期性將高強度激光脈衝(chong) 引導到正在構建的部件上來工作的。它充當高能光子“錘子”，通過材料發送衝(chong) 擊波。

該工藝方法需要使用兩(liang) 台激光器，第一台負責熔化金屬粉末並加熱已經熔化的材料，第二台則在目標位置部件中產(chan) 生應力以“修複”裂縫。研究團隊負責人Roland Logé表示，激光衝(chong) 擊強化過去通常隻用於(yu) 表麵處理，但在我們(men) 的案例中它成為(wei) 了一種可以實現批量處理的工藝，因為(wei) 它在材料內(nei) 部以3D方式運行。

研究人員發現，“激光衝(chong) 擊強化”能夠消除鎳基合金中高達95%的裂紋。之後，他們(men) 還計劃將該方法用於(yu) 其他對裂紋敏感的合金材料。Roland Logé同時提到，這種混合3D打印方法的應用遠不止消除裂縫，其他潛力還有待開發。

激光衝(chong) 擊強化技術

激光衝(chong) 擊強化技術是利用強激光束產(chan) 生的等離子衝(chong) 擊波，提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的一種高新技術。具有非接觸、無熱影響區、可控性強以及強化效果顯著等突出優(you) 點。

激光衝(chong) 擊強化技術最初開發於(yu) 1970年代初的美國貝爾實驗室。1972年美國巴特爾學院的Fairand B.P.等人首次用高功率脈衝(chong) 激光誘導的衝(chong) 擊波來改變7075鋁合金的顯微結構組織以提高其機械性能，從(cong) 此揭開了用激光衝(chong) 擊強化應用研究的序幕。

1978年秋，該實驗室的Ford S.C等人與(yu) 美國空軍(jun) 實驗室聯合進行激光衝(chong) 擊改善緊固件疲勞壽命的研究，結果表明激光衝(chong) 擊強化可大幅度提高緊固件的疲勞壽命。當時由於(yu) 缺少可靠的、高脈衝(chong) 頻率的大功率激光器而未能實用化。

■激光衝(chong) 擊強化工作原理

1980年代後期，歐洲、日本、以色列等國家和地區紛紛開展了激光衝(chong) 擊強化技術研究。但到目前為(wei) 止，國際上還隻有美國將激光衝(chong) 擊強化實際應用。進入21世紀，激光衝(chong) 擊強化技術應用取得了長足進展。美國空軍(jun) 為(wei) 提高激光衝(chong) 擊強化生產(chan) 效率做出了很大的努力，設置了四個(ge) 重要的製造技術計劃，取得了許多重要進展，解決(jue) 了提高激光衝(chong) 擊強化生產(chan) 效率和可移動式生產(chan) 等工業(ye) 應用問題。

2002年以來，美國已將激光衝(chong) 擊強化大規模用於(yu) 航空部件的製造和修理中，例如美國MIC公司將激光衝(chong) 擊強化技術用於(yu) 軍(jun) 民用噴氣發動機葉片以改善其疲勞壽命，不但提高了飛機發動機的安全可靠性，而且每月可節約飛機保養(yang) 費幾百萬(wan) 美元、節約零件更換費幾百萬(wan) 美元。預計僅(jin) 僅(jin) 戰鬥機發動機葉片的處理，就能節約成本超過10億(yi) 美元。

美國對激光衝(chong) 擊強化有一個(ge) 發展過程，如在初步應用的基礎上，針對激光衝(chong) 擊強化技術存在的問題，美國空軍(jun) 組織了LSPT、P&W、GEAE和UTC等公司進行了多個(ge) 製造技術計劃。提出了快速塗層的RapidCoater技術，研製了先進的控製和監控技術以提高其工作可靠性和可重複性，成本至少降低了50%-70%，增加產(chan) 量6-9倍。

國內(nei) 外的研究均表明，激光衝(chong) 擊強化對各種鋁合金、鎳基合金、不鏽鋼、鈦合金、鑄鐵以及粉末冶金等均有良好的強化效果，除了在航空工業(ye) 具有極好的應用前景外，在汽車製造、醫療衛生、海洋運輸和核工業(ye) 等都有潛在的應用價(jia) 值。