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

在選區(qū)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，并逐層構建出3D組件。然而，一些金屬和合金無法承受選區(qū)激光熔化過程中的高溫變化，其結果是結構件發(fā)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的解決方法，即如何在3D打印過程中快速“修復”裂縫，該方法是在增材制造過程中每隔幾層就進行一次激光處理。這種被稱為“激光沖擊強化”（laser shock peening）的處理方法，是通過周期性將高強度激光脈沖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(fā)送沖擊波。

該工藝方法需要使用兩臺激光器，第一臺負責熔化金屬粉末并加熱已經熔化的材料，第二臺則在目標位置部件中產生應力以“修復”裂縫。研究團隊負責人Roland Logé表示，激光沖擊強化過去通常只用于表面處理，但在我們的案例中它成為了一種可以實現批量處理的工藝，因為它在材料內部以3D方式運行。

研究人員發(fā)現，“激光沖擊強化”能夠消除鎳基合金中高達95%的裂紋。之后，他們還計劃將該方法用于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(fā)。

激光沖擊強化技術

激光沖擊強化技術是利用強激光束產生的等離子沖擊波，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(qū)、可控性強以及強化效果顯著等突出優(yōu)點。

激光沖擊強化技術最初開發(fā)于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沖激光誘導的沖擊波來改變7075鋁合金的顯微結構組織以提高其機械性能，從此揭開了用激光沖擊強化應用研究的序幕。

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

■激光沖擊強化工作原理

1980年代后期，歐洲、日本、以色列等國家和地區(qū)紛紛開展了激光沖擊強化技術研究。但到目前為止，國際上還只有美國將激光沖擊強化實際應用。進入21世紀，激光沖擊強化技術應用取得了長足進展。美國空軍為提高激光沖擊強化生產效率做出了很大的努力，設置了四個重要的制造技術計劃，取得了許多重要進展，解決了提高激光沖擊強化生產效率和可移動式生產等工業(yè)應用問題。

2002年以來，美國已將激光沖擊強化大規(guī)模用于航空部件的制造和修理中，例如美國MIC公司將激光沖擊強化技術用于軍民用噴氣發(fā)動機葉片以改善其疲勞壽命，不但提高了飛機發(fā)動機的安全可靠性，而且每月可節(jié)約飛機保養(yǎng)費幾百萬美元、節(jié)約零件更換費幾百萬美元。預計僅僅戰(zhàn)斗機發(fā)動機葉片的處理，就能節(jié)約成本超過10億美元。

美國對激光沖擊強化有一個發(fā)展過程，如在初步應用的基礎上，針對激光沖擊強化技術存在的問題，美國空軍組織了LSPT、P&W、GEAE和UTC等公司進行了多個制造技術計劃。提出了快速涂層的RapidCoater技術，研制了先進的控制和監(jiān)控技術以提高其工作可靠性和可重復性，成本至少降低了50%-70%，增加產量6-9倍。

國內外的研究均表明，激光沖擊強化對各種鋁合金、鎳基合金、不銹鋼、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(yè)具有極好的應用前景外，在汽車制造、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋運輸和核工業(yè)等都有潛在的應用價值。

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