增材制造技術(shù)及其制品的無(wú)損檢測(cè)進(jìn)展

凌　松

(1.上海材料研究所， 上海 200437；2.上海市工程材料應(yīng)用與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200437)

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增材制造技術(shù)及其制品的無(wú)損檢測(cè)進(jìn)展

凌松1,2

(1.上海材料研究所， 上海 200437；2.上海市工程材料應(yīng)用與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200437)

簡(jiǎn)要論述了增材制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展?fàn)顩r；并在此基礎(chǔ)上，對(duì)增材制品中常見缺陷的種類、特征和形成機(jī)理作了一定的梳理；最后,對(duì)增材制品的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

增材制造；無(wú)損檢測(cè)；標(biāo)準(zhǔn)體系

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術(shù)是一種快速自由成形、制造三維實(shí)體零件的新技術(shù),也稱為快速原型制造(Rapid Prototyping)、3D打印(3D Printing)、實(shí)體自由制造(Solid Free-form Fabrication)等。其中，3D打印是最常用的技術(shù)名稱之一[1]。

增材制造技術(shù)的出現(xiàn)被認(rèn)為是21世紀(jì)機(jī)械制造工業(yè)領(lǐng)域中的一次跨時(shí)代的工藝技術(shù)革新，給現(xiàn)代社會(huì)帶來(lái)了強(qiáng)大的沖擊和震撼。增材制造技術(shù)集合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等多項(xiàng)高新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)[即減材制造技術(shù)(如切削加工)及等材制造技術(shù)(如鍛造、鑄造、粉末冶金)]相比，增材制造技術(shù)有許多無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，如快速、環(huán)保、無(wú)需事先制造模具，甚至可以一次完成快速成型等[1]。

1　增材制造技術(shù)的發(fā)展

增材制造技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：① 1982-1988年的技術(shù)孕育期;② 1988年開始的快速原型技術(shù);③ 20世紀(jì)90年代初期以來(lái)的直接增材制造。

1979年，美國(guó)聯(lián)合技術(shù)公司(UTRC)提出了激光立體成形技術(shù)概念，并制作出航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤模擬件。從此，增材技術(shù)嶄露頭角，且越來(lái)越多地被應(yīng)用于大型零件的制造或修復(fù)中[2]。

1.1國(guó)外發(fā)展

國(guó)外有關(guān)大型增材制造技術(shù)的研究主要集中在美國(guó)。

1995-2005年間，在美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究計(jì)劃署及海軍研究辦公室等部門的巨額資助下，美國(guó)約翰哈普金斯大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)及MTS公司等對(duì)飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)進(jìn)行了大量研究,并取得重大進(jìn)展[3-4]。

目前，增材制造技術(shù)已經(jīng)在航空航天、體育、醫(yī)療和教育等領(lǐng)域得到了較好的推廣應(yīng)用。例如，通用電氣航空集團(tuán)(GE Aviation)使用3D打印機(jī)制造了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件；耐克公司使用3D打印技術(shù)制備出了6.6盎司的Vapor Laser Talon跑鞋；醫(yī)療器械公司LIMA使用3D打印制造出了4萬(wàn)個(gè)多孔鈦合金人造骨髖關(guān)節(jié)[5]。

1.2國(guó)內(nèi)發(fā)展

在“十五”和“十一五”期間，北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)解決了飛機(jī)鈦合金次承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形工藝及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)件疲勞壽命、斷裂韌性等主要力學(xué)性能達(dá)到鈦合金模鍛件水平。2005年,該團(tuán)隊(duì)成功使用激光快速成形技術(shù)分別制備出TA15鈦合金飛機(jī)角盒、TC4鈦合金飛機(jī)座椅支座及腹鰭接頭等4種飛機(jī)鈦合金次承力制件,且在3種飛機(jī)上進(jìn)行了裝機(jī)應(yīng)用;2010年，利用激光直接制造C919大飛機(jī)上重達(dá)136 kg的中央翼根肋[6-8]。

但是，我國(guó)增材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展遠(yuǎn)落后于國(guó)外，沒能充分反映國(guó)內(nèi)的技術(shù)工藝水平。已在飛機(jī)上裝備使用的增材技術(shù)產(chǎn)品均采用各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這樣的局面勢(shì)必造成產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊。

由于缺乏對(duì)增材工藝過(guò)程的表征、控制和認(rèn)證的規(guī)范化要求，增材制造技術(shù)的大范圍推廣使用受到了制約，已有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并沒有迅速轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，因此急需開展增材制造技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

為此，我國(guó)有必要專門成立增材制造全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂與研究；由于標(biāo)準(zhǔn)化不是一項(xiàng)一蹴而就的工作，故可首先在領(lǐng)先的領(lǐng)域開展工作,如航空航天行業(yè)。同時(shí)，積極參加國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)增材制造技術(shù)委員會(huì)ISO TC 261的學(xué)術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)制定修訂活動(dòng)，促進(jìn)我國(guó)增材制造業(yè)與國(guó)際接軌。

2　增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

增材制造技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)階段，制造工藝在繼續(xù)升級(jí)更新的同時(shí)，如何將技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為功能產(chǎn)品，并形成市場(chǎng)優(yōu)勢(shì),這一系列重大問(wèn)題亟待關(guān)注。在影響從技術(shù)向產(chǎn)品轉(zhuǎn)化進(jìn)而形成市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的因素中，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將發(fā)揮重要作用。

截至目前，增材制造標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過(guò)程可以劃分為兩個(gè)階段：從2002年第一份增材制造標(biāo)準(zhǔn)頒布到2009年為起步階段；從2009年開始，增材制造標(biāo)準(zhǔn)開始進(jìn)入有組織的快速發(fā)展階段。

2002年，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)SAE發(fā)布了第一份增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——宇航材料規(guī)范AMS 4998《Ti-6Al-4V鈦合金粉末》，同期還頒布了AMS 4999《退火Ti-6Al-4V鈦合金激光沉積產(chǎn)品》標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)90年代起，為了推動(dòng)增材技術(shù)在軍事及民用領(lǐng)域中的協(xié)同發(fā)展與進(jìn)步，美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)體系中與材料相關(guān)的軍用規(guī)范開始轉(zhuǎn)化為宇航材料規(guī)范。目前，宇航材料規(guī)范已經(jīng)構(gòu)成了美國(guó)軍用航空航天材料標(biāo)準(zhǔn)的主體。增材制造技術(shù)宇航材料規(guī)范的頒布，進(jìn)一步標(biāo)志著該技術(shù)在美國(guó)航空航天領(lǐng)域開始走向?qū)嶋H使用階段[9]。

從2009年開始，增材制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入有組織的快速發(fā)展階段。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO分別成立了增材制造技術(shù)委員會(huì)，對(duì)推進(jìn)增材制造標(biāo)準(zhǔn)的制定發(fā)揮了重要作用[9-11]。

2009年，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM成立了專門的增材制造技術(shù)委員會(huì)F-42，設(shè)立了術(shù)語(yǔ)、設(shè)計(jì)、材料和工藝、試驗(yàn)方法、人員等分委員會(huì)，約215個(gè)成員單位參與相關(guān)的工作;并且,已經(jīng)頒布實(shí)施了10項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM F2792-12《增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)》、ASTM F2915-12《增材制造文件格式標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、ASTM F2921-12《增材制造——坐標(biāo)系與命名標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)》、ASTM F2924-12《鋪粉熔覆增材制造Ti-6Al-4V 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、ASTM F2771-13《用于增材制造試樣試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告的慣例》、ASTM 2924-14《電子束熔化(EBM)Ti-6Al-4V ELI鈦合金增材制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、 ASTM F3049-14《用于金屬增材制造粉末特性的標(biāo)準(zhǔn)指南》、ASTM F3055-14a《鋪粉熔覆增材制造Inconel 718鎳基合金標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、ASTM F3056-14e1《鋪粉熔覆增材制造Inconel 625鎳基合金標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》和ASTM F3122-14《增材制造金屬材料力學(xué)性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指南》[9]。

2011年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO也成立了增材制造技術(shù)委員會(huì)TC 261，秘書處設(shè)在德國(guó),下設(shè)術(shù)語(yǔ)、方法、工藝和材料試驗(yàn)方法，數(shù)據(jù)處理等16個(gè)分委員會(huì)或工作組。委員會(huì)目前有20個(gè)成員國(guó)和5個(gè)觀察員國(guó)，我國(guó)是其中20個(gè)成員國(guó)之一。目前發(fā)布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)：ISO/ASTM 52921:2013《增材制造標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ) 坐標(biāo)系統(tǒng)和測(cè)試方法》、ISO/ASTM 52915：2013《增材制造標(biāo)準(zhǔn)文件格式標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、ISO 17296-4:2014《增材制造通用原則第4部分：數(shù)據(jù)處理綜述》、ISO 17296-3:2014《增材制造通用原則第3部分：主要特性和相應(yīng)的測(cè)試方法》和ISO 17296-2：2015《增材制造通用原則第2部分：過(guò)程類別和原材料綜述》[10]。

2011年，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)完成了對(duì)首份增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)AMS 4999的換版。新標(biāo)準(zhǔn)AMS 4999A的名稱更改為《退火Ti-6Al-4V鈦合金直接沉積產(chǎn)品》，增加了工藝方法，完善了產(chǎn)品性能和檢驗(yàn)的要求，增加了工藝認(rèn)證、產(chǎn)品認(rèn)證和工藝過(guò)程控制要求等內(nèi)容。與原標(biāo)準(zhǔn)相比，新標(biāo)準(zhǔn)的性能指標(biāo)要求更加全面合理，內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)要求更加具體可操作，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用性更強(qiáng)。目前，AMS 4998《Ti-6Al-4V鈦合金粉末》所采用的最新修訂版本為2013年3月15日發(fā)布的AMS 4998E版本，而《退火Ti-6Al-4V鈦合金直接沉積產(chǎn)品》則在2015年3月31日剛剛發(fā)布了AMS 4999B[11]。

上述標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)指南和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成了較為完整的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系和開放的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系。

從標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)成上看，規(guī)范了術(shù)語(yǔ)、制造文件(含計(jì)算機(jī)編碼)格式、設(shè)計(jì)指南等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，這既是增材制造技術(shù)領(lǐng)域新概念、新方法數(shù)量眾多的體現(xiàn)，也是該技術(shù)進(jìn)入大范圍應(yīng)用的客觀需要。

從正在開展的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)看，近期將會(huì)有一些新的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)頒布，其中大部分是激光和電子束鋪粉熔覆工藝制造的鈦合金和高溫合金產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)我國(guó)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

3　增材制品無(wú)損檢測(cè)的現(xiàn)狀與展望

3.1增材制品無(wú)損檢測(cè)的現(xiàn)狀

增材制品在制備和使用過(guò)程中，某些缺陷的產(chǎn)生和擴(kuò)展是無(wú)法避免的。2000年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的KOBRYN P A[12]，英國(guó)伯明翰大學(xué)的WU Xinhua[13-15]以及曼徹斯特大學(xué)的DUTTA MAJUMDA J[16]等人，分別在TC4及316L不銹鋼激光快速成形件內(nèi)部，觀察到了氣孔及融合不良缺陷。因此，對(duì)該技術(shù)制造出的零件表面及內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)和驗(yàn)收評(píng)定的關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展快慢，直接制約了該技術(shù)在工程上的應(yīng)用前景。

目前，國(guó)內(nèi)外的科研人員已對(duì)該方面的應(yīng)用開展了一些工作，主要集中在研究?jī)?nèi)部缺陷的特征和形成原因方面，但是還未能完整地形成一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)，后續(xù)還有許多工作需要推進(jìn)完成。

研究表明,增材制造中產(chǎn)生的缺陷，主要原因有兩方面(根據(jù)增材制造材料中缺陷形成的不同特征)：① 材料特性導(dǎo)致的缺陷，它由材料特性導(dǎo)致的無(wú)法通過(guò)優(yōu)化增材制造特征參數(shù)予以解決的缺陷，主要為氣孔。② 特征參量導(dǎo)致的缺陷，即，由于增材制造工藝參數(shù)或設(shè)備等原因?qū)е碌娜毕荩煞Q之為特征參量導(dǎo)致的缺陷，主要有孔洞、翹曲變形、球化、存在未熔顆粒等[17-21]。

2007年，西北工業(yè)大學(xué)的張風(fēng)英等[19]對(duì)增材制造的鈦合金制品的缺陷形成機(jī)理作了進(jìn)一步研究。他們發(fā)現(xiàn)氣孔的形成取決于粉末材料的特性(主要是指粉末的松裝密度)，形成的氣孔形貌呈球形，它以隨機(jī)性分布在材料中；粉末的流動(dòng)性和氧含量對(duì)氣孔的形成沒有影響；熔合不良的形成取決于成形特征參量是否匹配，其中最主要的影響因素是能量密度、多道間搭接率以及Z軸單層行程；其形貌不規(guī)則，內(nèi)壁粗糙，多呈帶狀分布在層間或道間的搭接處。

2011年，華中科技大學(xué)的魏青松等[20]就選擇性激光融化成形不銹鋼零件性能中粉末特性的影響做了細(xì)致分析。他們發(fā)現(xiàn)粉末的粒度、形狀及粉末中氧的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)對(duì)零件成形質(zhì)量均有較大影響。在一定范圍內(nèi)，粒度越小，成形件致密度越高，但太小的粒度又將影響粉末的流動(dòng)性，反而降低制件成形質(zhì)量。

2011年，尚曉峰等[11]通過(guò)從工藝參數(shù)、設(shè)備性能和材料特性等方面來(lái)研究制品中形成的缺陷，發(fā)現(xiàn)送粉延遲會(huì)造成欠堆積或過(guò)堆積的形成，直接造成成形尺寸精度下降；比能量是產(chǎn)生粘粉的根本原因，不同比能量會(huì)產(chǎn)生不同的冷卻速度，比能量越高，冷卻速度越快;冷卻速度過(guò)快，會(huì)造成粉末顆粒熔化不充分，未熔化的粉末顆粒粘附在成形件表面或側(cè)壁上，降低了成形件表面質(zhì)量。

2013年，西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)的ANTONI Turó等[12]采用高頻(45 MHz)自動(dòng)水浸超聲技術(shù)對(duì)金屬粉末材料的密度、裂紋和未熔合的探測(cè)與表征等進(jìn)行了研究測(cè)試。研究表明,超聲檢測(cè)不僅能夠用于增材制品內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)和在役檢測(cè)，還可以發(fā)展成為一個(gè)可靠的質(zhì)量論證工具；甚至可作為增材制造工藝研究的輔助工具，指導(dǎo)其技術(shù)升級(jí)與創(chuàng)新。

2014年，澳大利亞莫納什大學(xué)的PAUL A ROMETSCH等[23]使用多色X射線技術(shù)，對(duì)選擇性激光熔融的哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金制品進(jìn)行了射線檢測(cè)靈敏度試驗(yàn)研究；結(jié)果表明,射線檢測(cè)的分辨率不僅與材料的厚度有關(guān),還與缺陷的位置有很大的關(guān)系；對(duì)于2 mm厚的該類制品，射線檢測(cè)的分辨率為0.2 mm，對(duì)于10 mm的厚度,分辨率則不到2 mm。

3.2增材制品檢測(cè)的發(fā)展展望

3.2.1增材制造的原材料檢測(cè)

增材制造的原材料為粉體或絲材，其形態(tài)與傳統(tǒng)板材、棒材、鍛件等有較大區(qū)別；因此，其理化特性測(cè)試檢驗(yàn)項(xiàng)目與傳統(tǒng)減材加工的原材料檢驗(yàn)項(xiàng)目有較大的不同，諸如力學(xué)性能、金相組織等項(xiàng)目無(wú)法進(jìn)行。除化學(xué)成分分析外，粉體材料應(yīng)著重關(guān)注其粒度、粒度分布、形貌及顆粒中的空隙率等參量。

3.2.2增材制品的超聲檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè)的方法不僅僅局限于材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)與表征，還可實(shí)現(xiàn)材料的密度、彈性參數(shù)、孔隙率、殘余應(yīng)力分布以及其內(nèi)部各種非連續(xù)性等方面的無(wú)損測(cè)試與表征[22]；整個(gè)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)快速、無(wú)損、原位的檢測(cè)，對(duì)縮短材料的研發(fā)與生產(chǎn)周期和成本有積極意義。

例如：在制備過(guò)程中使用超聲檢測(cè)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控增材制品中殘余應(yīng)力的分布，防止其翹曲和開裂；在產(chǎn)品的研發(fā)階段，使用超聲檢測(cè)結(jié)合數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)為制品提供其相應(yīng)的密度、彈性參數(shù)、孔隙率，以指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)工藝的提高與升級(jí)，為制備出更高質(zhì)量的增材制品發(fā)揮作用。

由于增材制造材料晶界組織的微小化，故須提高和拓展超聲檢測(cè)的相關(guān)條件，故超聲檢測(cè)向高頻化和定量化發(fā)展的趨勢(shì)將更加明顯。

3.2.3增材制品的射線檢測(cè)

射線檢測(cè)對(duì)于復(fù)雜構(gòu)件的檢測(cè)有著天然的優(yōu)勢(shì)，故射線在增材制品的檢測(cè)上將承擔(dān)重要的角色;未來(lái),配合高分辨率的工業(yè)CT和DR技術(shù)，射線檢測(cè)在增材制造業(yè)的發(fā)展中將發(fā)揮更大的作用。

未來(lái)工業(yè)射線技術(shù)在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用中,將集數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展于一體,在具有突出檢測(cè)結(jié)果顯示直觀化優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，還將融入邊緣增強(qiáng)或平滑技術(shù)以改善影像的細(xì)節(jié),并能進(jìn)行圖片降噪、灰階對(duì)比度調(diào)整、偽彩色處理等，可提高制品內(nèi)部不連續(xù)性的檢出率。

另外,在物理建模上也需要投入力量，通過(guò)構(gòu)建相關(guān)的物理模型研究射線在增材制造材料中的作用機(jī)理，借助現(xiàn)在的DR技術(shù)，開展更加客觀的定量化研究，表征制品內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布水平、材料的孔隙率等，綜合地評(píng)估出材料的質(zhì)量水平。

由于目前專門針對(duì)增材制造樣品的射線檢測(cè)的應(yīng)用還很少，對(duì)其主要的評(píng)價(jià)手段和方法還在沿用其他同類鍛件或鑄件的檢測(cè)工藝，故發(fā)展和開拓這方面的研究具有十分重要的意義。

在檢測(cè)工藝上，需要充分結(jié)合樣品的制造工藝，針對(duì)其特殊性構(gòu)建出一套與之匹配的檢測(cè)方法和體系。在使用和驗(yàn)收等級(jí)方面，需要考慮到其微觀組織的特殊性，調(diào)整各個(gè)方面的驗(yàn)收參數(shù)。

3.2.4增材制品材料微區(qū)的無(wú)損評(píng)估

為了確保增材制品的可靠性，研究和制備過(guò)程中需要充分地分析增材制品的材料性能以及進(jìn)一步了解材料微區(qū)的結(jié)構(gòu)和性能、微區(qū)再結(jié)晶、Kirkendall空穴、成形過(guò)程中內(nèi)應(yīng)力演化行為規(guī)律、內(nèi)部組織形成規(guī)律、內(nèi)部缺陷和損傷形成機(jī)理。因此，發(fā)展分辨率優(yōu)于微米量級(jí)的微米、納米尺度上的無(wú)損評(píng)估技術(shù)，進(jìn)行材料微區(qū)的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和熱學(xué)等特性的三維成像和評(píng)估，是聲學(xué)和其他學(xué)科共同的任務(wù)。

3.2.5增材制品的早期損傷評(píng)估

增材制品的早期損傷評(píng)估也將是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向，作為制造過(guò)程和狀態(tài)預(yù)測(cè)的一部分，損傷評(píng)估技術(shù)直接影響到整個(gè)裝備系統(tǒng)的安全運(yùn)行。這就要求在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上開發(fā)出穩(wěn)定性和靈敏度更高的儀器與設(shè)備,并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程評(píng)價(jià)。此外，還應(yīng)注意到在健康監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用應(yīng)與‘大數(shù)據(jù)’技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程的無(wú)損監(jiān)測(cè)，將各種損傷扼殺在‘搖籃’當(dāng)中。

4　結(jié)語(yǔ)

增材制造技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的主要問(wèn)題，仍然是成形過(guò)程中的“內(nèi)應(yīng)力控制及零件變形開裂預(yù)防”、“內(nèi)部質(zhì)量保障及力學(xué)性能控制”、“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系”等瓶頸難題。

這些難題的存在，一方面是由于該技術(shù)發(fā)展時(shí)間還不長(zhǎng)，各方面研究工作仍處于探索階段；另一方面，則是對(duì)于該技術(shù)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)問(wèn)題的研究和把握不夠。

增材制造技術(shù)發(fā)展道路任重而道遠(yuǎn)，對(duì)增材制造制品的無(wú)損檢測(cè)工藝的研究還有許多工作去做，其中針對(duì)缺陷的特征、形成機(jī)理的研究還需要積累。

[1]余冬梅，方奧，張建斌. 3D打印技術(shù)和應(yīng)用[J].金屬世界，2013(6):6-11.

[2]劉業(yè)勝，韓品連，胡壽豐，等. 金屬材料激光增材制造技術(shù)及在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用[J].航空材料，2014(10)：62-67.

[3]BOYER R R. An overview of titanium use in the aerospace industry[J]. Mater. Sci. Eng. A , 1996, 213(1):103-114.

[4]ARCELLA F G, FROES F H. Producing titanium aerospace components from powder using laser forming[J] .JOM， 2000， 52(5):28-30.

[5]杜宇雷，孫菲菲，原光，等. 3D打印材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2014，29(1):20-24.

[6]王華明,張凌云，李安，等.金屬材料快速凝固激光加工與成形[J] .北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2004 ,30(10):962-967.

[7]王華明, 張述泉, 湯海波,等.大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)研究進(jìn)展[J].航空精密制造技術(shù), 2008, 44(6):28-30.

[8]王華明，張述泉，王向明.大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光直接制造的進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].中國(guó)激光，2012,36(12):3204-3209.

[9]ASTM International. Committee F42 on additive manufacturing technologies[EB/OL].[2014-11-17]http:∥www.astm.org/COMMITTEE/F42.htm.

[10]ISO.Committee TC 261 on additive manufacturing technologies[EB/OL].[2014-10-10]http:∥www.iso.org/iso/stamdards_dvelopmetn/list_of_iso_technical_comittees/iso_technical_committee.htm?commid=629086.

[11]SAE International. Aerospace [EB/OL].[2015-03-31]http://standards.sae.org/wip/ams4999b/.

[12]KOBRYN P A, MOORE E H, SEMIATIN S L. The effect of laser power and traverse speed on microstructure, porosity, and build height in laser-deposited Ti-6Al-4V[J]. Scripta Materialia, 2000, 43(4):299-305.

[13]WU Xin-hua, LIANG Jing, MEI Jun-fa, et al. Microstructures of laser-deposited Ti-6Al-4V alloy[J]. Materials & Design, 2004, 25(2):137-144.

[14]WU X. A review of laser fabrication of metallic engineering components and of materials[J]. Maer Sci Technol, 2007, 26(6):631-640.

[15]WANG F, WU X H, CLARK D. On direct laser deposited Hastelloy X, dimension, surface finish, microstructure and mechanical properties[J]. Maer Sci Technol, 2011,27:344-356.

[16]DUTTA M J, PINKERTON A, LIU Z, et al. Microstructure characterisation and process optimization of laser assisted rapid fabrication of 316L stainless steel[J]. Applied Surface Science, 2005, 247:320-327.

[17]陳哲源，鎖紅波，李晉煒. 電子束熔絲沉積快速制造成型技術(shù)與組織特征 [J]. 航天制造技術(shù), 2010(1):36-39.

[18]昝林，陳靜，林鑫，等. 激光快速成形TC21鈦合金沉積態(tài)組織研究 [J]. 稀有金屬材料與工程, 2007, 36(4):612-616.

[19]張鳳英，陳靜，譚華，等. 鈦合金激光快速成形過(guò)程中缺陷形成機(jī)理研究 [J].稀有金屬材料與工程, 2007,36(2): 211-215.

[20]王黎,魏青松,賀文婷，等. 粉末特性與工藝參數(shù)對(duì)SLM成形的影響[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2012,40(6):20-23.

[21]尚曉峰，韓冬雪，于福鑫.鈦合金激光快速成形缺陷原因分析[J]. 工藝與檢測(cè)，2011(3):103-106.

[22]ANTONI T, JUAN A, CHVEZ A, et al. Ultrasonic inspection system for powder metallurgy parts[J]. Measurement, 2013,46:1108-1108.

[23]PAUL A R, DANIELE P, DACIAN T, et al. Evaluation of polychromatic X-ray radiography defect detection limits in a sample fabricated from Hastelloy X by selective laser melting[J]. NDT&E Internation, 2014,62:184-192.

Additive Manufacture Technique and Related NDT for its Products

LING Song1, 2

(1.Shanghai Research Institute of Materials, Shanghai 200437, China;2.Shanghai Key Lab. of Application and Evaluation of Engineering Materials, Shanghai 200437, China)

The application of NDE technology and the related system of standard in additive manufacturing technology is described in this paper，and based on that, the future of the development of NDE technology and the related system of standard has been prospected.

Additive manufacturing; Nondestrutive testing; The system of standard

2015-07-11

上海市重大科技攻關(guān)資助項(xiàng)目(13DZ1108902)

凌松(1986-),男，助理工程師，碩士，主要從事無(wú)損檢測(cè)機(jī)理與技術(shù)的研究。

凌松,E-mail: s.ling@aliyun.com。

10.11973/wsjc201606015

TG115.28

A

1000-6656(2016)06-0060-05