視頻來源：工業(yè)技術(shù)研究院

LMD，Laser  Metal  Deposition，激光熔化沉積技術(shù)，于上世紀(jì)90年代由美國Sandia國家實驗室首次提出，隨后在全世界很多地方相繼發(fā)展起來，由于許多大學(xué)和機(jī)構(gòu)是分別獨立進(jìn)行研究的，因此這一技術(shù)的名稱繁多。例如，美國Sandia國家實驗室的激光近凈成形技術(shù)LENS（LaserEngineeredNetShaping），美國Michigan大學(xué)的直接金屬沉積DMD（DirectMetalDeposition），英國伯明翰大學(xué)的直接激光成形DLF（DirectedLaserFabrication），中國西北工業(yè)大學(xué)的激光快速成形LRF（LaserRapidForming）等。雖然名字不盡相同，但是他們的原理基本相同，成型過程中，通過噴嘴將粉末聚集到工作平面上，同時激光束也聚集到該點，將粉光作用點重合，通過工作臺或噴嘴移動，獲得堆積的熔覆實體。

工藝概述：
激光金屬沉積（LMD）是一種焊接工藝，將材料引入由高功率激光產(chǎn)生的熔池中焊接成型，LMD屬于定向能量沉積（DED）工藝的范圍。通常引入的填充材料是粉末，通過圍繞激光束的錐形環(huán)噴嘴注入。 添加的材料形成焊縫，然后涂覆下面的金屬。 該工藝用于包層應(yīng)用，其中部件的耐磨性增加，在將材料添加到磨損部件的修復(fù)應(yīng)用中，或在復(fù)雜幾何形狀的自由形式制造中（3D打印）。 與其他類型的焊接相比，LMD導(dǎo)致較小的熱影響區(qū)，低稀釋和組件中的低殘余應(yīng)力。

工作流程：

同軸送粉

構(gòu)建過程

同軸送粉和側(cè)向送粉的區(qū)別 
激光同步熔覆金屬粉末工藝中，常見的有同軸送粉和側(cè)向送粉兩種方式，側(cè)向送粉方式設(shè)計簡單、便于調(diào)節(jié)，但也有很多不足之處。首先，由于激光束沿平面曲線任意曲線形狀掃描時，曲線上各點的粉末運(yùn)動方向與激光束掃描速度方向間的夾角不一致，導(dǎo)致熔覆層各點的粉末堆積形狀發(fā)生變化，直接影響熔覆層的表面精度和均勻一致性，造成熔覆軌跡的粗糙與熔覆厚度和寬度的不均，很難保證最終零件的形狀和尺寸符合要求。其次，送粉位置與激光光斑中心很難對準(zhǔn)，這種對位是很重要的，少量的偏差將會導(dǎo)致粉末利用率下降和熔覆質(zhì)量的惡化。再次，采用側(cè)向送粉方式，激光束起不到粉末預(yù)熱和預(yù)熔化的作用，激光能量不能被充分利用，容易出現(xiàn)粘粉、欠熔覆、非冶金結(jié)合等缺陷。還有，側(cè)向送粉方式只適合于線性熔覆軌跡的場合，如只沿著X方向或Y方向運(yùn)動，不適合復(fù)雜軌跡的運(yùn)動。

另外，側(cè)向送粉只適合于制造一些壁厚零件，這是由于側(cè)向送粉噴嘴噴出的粉末是發(fā)散的，而不是匯聚的，不利于保證成型薄壁零件的精度。當(dāng)粉末輸送方向與基材運(yùn)動方向相同與相反時的熔覆狀況，熔覆層形狀明顯受粉末輸送方向與基材運(yùn)動方向的影響。此外，如果粉末輸送方向與基材運(yùn)動方向垂直，熔覆層形狀會與兩者方向平行時得到的形狀差別更大。因此，側(cè)向送粉具有明顯的方向性，熔覆層幾何形狀隨運(yùn)動方向不同而發(fā)生改變。  同軸送粉則克服了上述的缺點，激光束和噴嘴中心線于同一軸線上，這樣盡管掃描速度方向發(fā)生變化，但是粉末流相對工件的空間分布始終是一致的，能得到各向一致的熔覆層，還由于粉末的進(jìn)給和激光束是同軸的，故能很好地適應(yīng)掃描方向的變化，消除粉末輸送方向?qū)θ鄹矊有螤钣绊?，確保制造零件的精度，而且粉末噴出后呈匯聚狀，因此可以制造一些薄壁試件，解決了熔覆成型零件尺寸精度的問題，這在薄壁零件的熔覆過程中優(yōu)勢非常明顯。由此可見，同軸送粉方式有利于提高粉末流量和熔覆層形狀的穩(wěn)定性與均勻性，從而改善金屬成型件的精度和質(zhì)量。 

激光熔覆式快速成型技術(shù)的發(fā)展 
美國對激光熔覆制造技術(shù)的研究起步較早，在二十世紀(jì)八十年代即展開研究，至二十世紀(jì)九十年代末已建立起一系列的激光熔覆制造工藝并應(yīng)用于模具等領(lǐng)域的功能件直接制造。國內(nèi)對激光熔覆制造技術(shù)的研究較為成熟。如北京有色金屬研究院采用激光熔覆制造技術(shù)直接制造出組織致密的663錫青銅合金零件，零件的力學(xué)性能滿足實際使用要求。西北工業(yè)大學(xué)在二十世紀(jì)九十年代即開始了激光熔覆制造技術(shù)的探索研究，在后期開發(fā)出激光立體成型系統(tǒng)，并針對鎳基高溫合金、不銹鋼、鈦合金等材料的成型工藝特性進(jìn)行了大量的工藝實驗，獲得了具有復(fù)雜形狀的金屬功能件。與電子束選區(qū)熔化類似，激光熔覆制造技術(shù)可直接制造出組織致密、力學(xué)性能良好的金屬功能件，但是受到激光光斑大小和工作臺運(yùn)動精度等因素的限制，所直接制造的功能件的尺寸精度和表面粗糙度較差，往往需要后續(xù)的機(jī)加工才能滿足使用要求。  而激光熔化沉積（LMD）的發(fā)展稍微晚點，其中美國軍方對這一技術(shù)給予了大力的關(guān)注和支持，在其支持下，美國率先進(jìn)行了該技術(shù)實用化的研究。

1997年，美國MTS公司成立專門從事鈦合金飛機(jī)結(jié)構(gòu)件激光熔化沉積技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的AeroMet公司，在美國空軍、陸軍及國防部有關(guān)研究計劃支持下，進(jìn)行激光熔化沉積鈦合金飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的研究；2000年，完成了鈦合金飛機(jī)機(jī)翼的靜載強(qiáng)度測試試驗。2001年，其生產(chǎn)的三個鈦合金次承力結(jié)構(gòu)件獲準(zhǔn)在飛機(jī)上使用，其性能超過了傳統(tǒng)的制造工藝，同時由于材料和切削加工的節(jié)省，其制造成本降低20～40％，生產(chǎn)周期也縮短80％。但由于在鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件的疲勞性能未超過鍛件標(biāo)準(zhǔn)，最終未能實現(xiàn)該技術(shù)在飛機(jī)大型構(gòu)件上的應(yīng)用，公司于2005年關(guān)閉。盡管如此，具有低成本、短周期、高性能特點的激光增材制造技術(shù)仍在美國的航空航天、國防工業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。

激光熔覆式快速成型技術(shù)的問題 
然而，由于LMD的層層添加性，沉積材料在不同的區(qū)域重復(fù)經(jīng)歷著復(fù)雜的熱循環(huán)過程。LMD熱循環(huán)過程涉及到熔化和在較低溫度眾多的再加熱周期過程，這種復(fù)雜的熱行為導(dǎo)致了復(fù)雜相變和微觀結(jié)構(gòu)的變化。因此，控制成形零件所需要的成分和結(jié)構(gòu)存在較大的難度。另一方面，采用細(xì)小的激光束快速形成熔池導(dǎo)致較高的凝固速率和熔體的不穩(wěn)定性。由于零件凝固成形過程中熱量的瞬態(tài)變化，容易產(chǎn)生復(fù)雜的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在必然導(dǎo)致變形的產(chǎn)生，甚至在LMD成形件中產(chǎn)生裂紋。成分、微觀結(jié)構(gòu)的不可控性及殘余應(yīng)力的形成是LMD技術(shù)面臨的主要困境。