面向野外裝備應(yīng)急維修的金屬增材制造技術(shù)

楊來俠，黨蘇武，王鑫宇

西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 西安 710054

野外裝備應(yīng)急維修是野外環(huán)境下對(duì)損壞裝備的快速再制造，是一種特殊形式的裝備保障技術(shù)，要求在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成維修工作，恢復(fù)損壞裝備的使役性[1]。但是由于野外裝備多樣性、裝備損傷復(fù)雜性以及備件資源有限性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)裝備應(yīng)急維修方法，例如切換、剪除、拆換、重構(gòu)等，不足以適應(yīng)野外裝備應(yīng)急維修的要求[2]。

與傳統(tǒng)制造方法相比，金屬增材制造技術(shù)具有材料利用率高、柔性高及快速性等優(yōu)點(diǎn)，十分符合野外裝備快速精確保障要求[3]。若能將金屬增材制造技術(shù)用于野外裝備應(yīng)急維修，將能夠有效實(shí)現(xiàn)快速、精確裝備保障目標(biāo)，提高裝備的維修能力。本文針對(duì)常見的金屬增材制造技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，就其在野外裝備應(yīng)急保障中應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析，對(duì)金屬增材制造技術(shù)用于野外裝備應(yīng)急維修存在的問題展開討論，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 金屬增材制造技術(shù)分類

按照設(shè)備類型的不同，金屬增材制造技術(shù)可以分為粉床系統(tǒng)以及同步送粉（絲）系統(tǒng)。其中選擇性激光熔化（selective laser melting，SLM）[4?5]和電子束成形（electron beam manufacturing，EBM）[6]屬于粉床系統(tǒng)類金屬增材制造技術(shù)，采用同步送粉系統(tǒng)的技術(shù)主要是激光熔覆沉積（laser cladding deposition，LCD）[7]，采用同步送絲系統(tǒng)的技術(shù)主要包括電弧熔絲（wire and arc additive manufacturing，WAAM）[8]以及電子束熔絲（electron beam fuse，EBF3）[9]。

圖1所示為金屬增材制造技術(shù)的設(shè)備原理圖。圖1（a）所示為選擇性激光熔化設(shè)備原理圖，金屬粉末被鋪粉刮刀均勻的鋪在成形平臺(tái)上，通過掃描振鏡，激光在粉床表面按照切片信息逐點(diǎn)成形出特定的形狀，并與已成形層產(chǎn)生冶金結(jié)合。隨后粉床下降一個(gè)層厚的高度，新的待成形金屬粉末層會(huì)鋪在已成形層之上被激光熔化成形，如此往復(fù)成形，直到整個(gè)三維零件制備完成。選擇性激光熔化技術(shù)制備的零件具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好、致密度接近100%等優(yōu)點(diǎn)[10?11]。圖1（b）所示為電子束成形設(shè)備原理，與選擇性激光熔化技術(shù)成形原理類似，區(qū)別之處在于熱源不同，電子束成形熱源為真空環(huán)境下產(chǎn)生的高能電子束。由于電子束成形技術(shù)要求在真空環(huán)境中進(jìn)行，因此設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，成本較高。

圖1（c）所示為激光熔覆沉積設(shè)備原理，采用高能激光熔化同步送進(jìn)金屬粉末，按照預(yù)定的加工路徑逐層熔化和沉積，實(shí)現(xiàn)金屬零件的直接成形。圖1（d）所示為電子束熔絲設(shè)備原理圖，以高能電子束為熱源，送絲機(jī)構(gòu)將金屬絲原料送入在真空環(huán)境下電子束形成的熔池中熔化，凝固后與已沉積層結(jié)合在一起，同時(shí)控制工作臺(tái)移動(dòng)成形出特定的形狀，如此一層一層的堆積起來，最終實(shí)現(xiàn)零件成形。電弧熔絲技術(shù)采用熔化極氣體保護(hù)焊（gas metal arc welding，GMAW）、鎢極氬弧焊（argon tungsten-arc welding，GTAW）或等離子弧焊（plasma arc welding，PAW）熱源，利用逐層熔敷原理，通過絲材的添加，采用逐層堆焊的方式成形出金屬零件，其設(shè)備原理如圖1（e）所示[12?13]。電弧熔絲技術(shù)以電弧作為熱源，具有成形效率高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、設(shè)備可控性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，有效克服了激光和電子束增材技術(shù)制造成本高、設(shè)備體積大等缺點(diǎn)[14]。

圖1 金屬增材制造設(shè)備原理圖[10?16]：（a）選擇性激光熔化；（b）電子束成形；（c）激光熔覆沉積；（d）電子束熔絲； （e）電弧熔絲Fig.1 Schematic diagrams of the metal additive manufacturing equipments[10?16]: (a) SLM; (b) EBM; (c) LCD; (d) EBF3; (e) WAAM

2 金屬增材制造技術(shù)對(duì)比分析

2.1 成形效率

基于粉床系統(tǒng)的選擇性激光熔化以及電子束成形技術(shù)鋪粉層厚度介于30～70 μm[17]，要制備一個(gè)10 cm高的零件，意味著鋪粉過程要執(zhí)行2000多次，這將嚴(yán)重影響零件的成形效率?；谕剿头巯碌募す馊鄹渤练e技術(shù)送粉速率通常低于10 g?min?1，粉末利用率僅有20%～30%[18]，又由于能量聚焦于一點(diǎn)，因此限制了成形效率。此外大部分金屬材料對(duì)激光有反射作用，導(dǎo)致激光的能量利用率只有15%左右，造成能量浪費(fèi)[19]。相比于激光，高能電子束具有90%以上的能量利用效率，能量密度高達(dá)107 W?cm?2～109 W?cm?2，可以使鎢、鉭、鈮等超高熔點(diǎn)的合金迅速熔化，十分適合難熔金屬的增材成形，同時(shí)電子束熔絲沉積技術(shù)每小時(shí)的沉積量高達(dá)22.68 kg，適合大型構(gòu)件的增材成形[20]。由表1可見，電子束熔絲技術(shù)以及電弧熔絲技術(shù)的成形效率要遠(yuǎn)高于其余幾種金屬增材制造技術(shù)。

表1 金屬增材制造技術(shù)成形效率對(duì)比Table 1 Comparison of the forming efficiency for the metal additive manufacturing techniques

2.2 成形精度

金屬增材制造是金屬材料迅速熔凝的過程，容易造成熱應(yīng)力累積從而導(dǎo)致翹曲變形，影響零件的尺寸精度[27]。此外，熔池尺寸也是影響零件尺寸精度的關(guān)鍵因素之一。選擇性激光熔化技術(shù)一般采用粒徑小于20 μm的粉末，粉層厚度通常小于0.05 mm[28]，光斑直徑可以達(dá)到微米級(jí)別，可以形成很小的熔池。相比之下，電子束成形技術(shù)鋪粉厚度要大于選擇性激光熔化工藝，粉末粒徑范圍為45～105 μm，甚至更粗，一方面可以提高成形效率，但是另一方面會(huì)降低零件的尺寸精度[29]。電弧熔絲以及電子束熔絲過程是以高溫液態(tài)金屬過渡成形方式進(jìn)行的[12]，沉積過程難于控制，通常使用絲材的直徑介于0.2～1.2 mm之間[23]，限制了熔池的尺寸大小，導(dǎo)致成型件的尺寸精度相比于粉末類技術(shù)要差很多。表2所示為不同金屬增材制造技術(shù)成形精度的對(duì)比。

表2 金屬增材制造技術(shù)成形精度對(duì)比Table 2 Comparison of the forming precision for the metal additive manufacturing techniques

2.3 力學(xué)性能

激光與電子束能量密度要高于電弧，它們的冷卻速率可達(dá)106～108 K/s，相比于電弧，其形成的凝固組織更加細(xì)小、致密，形成亞穩(wěn)相、超彌散相、納米晶相等特殊結(jié)構(gòu)的概率大大增加[32]。激光的光斑直徑較小，照射時(shí)間極短，形成的熔池尺寸小，整體熱輸入較低，對(duì)基體的熱影響較小。電子束的瞬間溫度較高，僅需毫秒就可熔化金屬材料，但在對(duì)微小及薄壁零件進(jìn)行成形時(shí)，易產(chǎn)生熔化或變形。然而，由于電子束是在真空環(huán)境下進(jìn)行成形，可以有效的減少成形零件的雜質(zhì)含量以及氧化缺陷數(shù)量，同時(shí)電子束憑借其極高的能量密度以及能量利用率，可以一次性對(duì)兩層以上的沉積體進(jìn)行重熔，能顯著降低零件內(nèi)部氣孔、未熔合等孔洞缺陷的數(shù)量，提高零件的相對(duì)密度，但是容易使一些高熱導(dǎo)率、低彈性模量的材料（如紫銅）在加工過程中受熱變形。相比于激光與電子束，電弧熱穩(wěn)定性差，容易造成殘余應(yīng)力累積，在成形鋁合金、鎂合金等材料時(shí)，容易產(chǎn)生熱變形、氣孔、熱裂等缺陷，成形力學(xué)性能相對(duì)要差一點(diǎn)[14]。如圖2所示，以TC4鈦合金為例，可見選擇性激光熔化技術(shù)制備TC4試樣平均力學(xué)強(qiáng)度是最好的，電子束成形技術(shù)制備TC4試樣平均伸長(zhǎng)率是最好的，但是基本都能達(dá)到鍛件水平。

圖2 金屬增材制造TC4力學(xué)性能對(duì)比[18， 33-35]Fig.2 Comparison of the mechanical properties of TC4 formed by the metal additive manufacturing[18,33-35]

3 金屬增材制造技術(shù)在裝備維修領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

金屬增材制造技術(shù)已經(jīng)在裝備維修領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1995年美國(guó)國(guó)防部門開始將金屬增材制造技術(shù)應(yīng)用于野外裝備維修領(lǐng)域。早在2001年，美軍于阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)采用激光熔覆沉積技術(shù)對(duì)T700黑鷹直升機(jī)上的葉輪進(jìn)行修復(fù)，在提高直升機(jī)飛行壽命的同時(shí)獲得了極大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。同年美國(guó)阿拉巴馬陸軍軍械庫(kù)在Optomec公司的幫助下成功搭建激光熔覆修復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于檢修渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，并且在該系統(tǒng)正式投入野外使用的第一年（2002年）就為美國(guó)軍方節(jié)省軍費(fèi)開支630萬美元[36]。2013年，美軍將其研發(fā)的二代“移動(dòng)零部件醫(yī)院”投入阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)，該系統(tǒng)能夠在野外環(huán)境中在線修復(fù)失效鋼材、鋁材等材質(zhì)的零件以及完成零部件的成形制造，如圖3所示[37]。

圖3 移動(dòng)零部件醫(yī)院[37]Fig.3 Mobile parts hospital[37]

除美國(guó)軍方外，美國(guó)GE公司、德國(guó)MTU公司等均開展相應(yīng)的金屬增材修復(fù)技術(shù)研究，應(yīng)用于破損葉輪、葉片修復(fù)，適當(dāng)轉(zhuǎn)化便可應(yīng)用于裝備維修領(lǐng)域[38?41]。此外，國(guó)外高校也已經(jīng)開展了相關(guān)研究。英國(guó)克蘭菲爾德大學(xué)Busachi[42]等開發(fā)了一套機(jī)動(dòng)性好、抗干擾能力強(qiáng)并且安全環(huán)保的電弧增材制造系統(tǒng)。基于一種新的半自動(dòng)幾何重建算法，美國(guó)普渡大學(xué)Wilson[43]等利用激光直接沉積工藝成功修復(fù)損壞的渦輪翼型。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院通過優(yōu)化和控制工藝參數(shù)，對(duì)CMSX-4燃?xì)鉁u輪單晶葉片進(jìn)行成功修復(fù)，通過電子背散射衍射證明了修復(fù)后的晶粒取向與基材相一致[44]，如圖4所示。

圖4 激光增材修復(fù)單晶葉片[44]Fig.4 Single crystalblade repaired by the laser additive manufacturing[44]

國(guó)內(nèi)關(guān)于金屬增材制造技術(shù)在裝備維修領(lǐng)域的應(yīng)用也有一定的技術(shù)積累。西安交通大學(xué)在激光直接成形裝備、3D打印修復(fù)裝備、直接成形及修復(fù)工藝技術(shù)方面都有眾多成果，已經(jīng)研制出以“五軸聯(lián)動(dòng)增減材復(fù)合加工中心”、“野外環(huán)境3D打印維修保障系統(tǒng)”為代表的典型裝備。中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)研究所快速成形實(shí)驗(yàn)室對(duì)某主戰(zhàn)機(jī)種發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)向器的裂紋沖蝕進(jìn)行多層激光熔覆修理，獲得了無缺陷的改性熔覆層[35]。大連理工大學(xué)Liu[45]等采用激光熔覆沉積技術(shù)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋缸體進(jìn)行維修，如圖5所示。裝甲兵工程學(xué)院再制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用激光、電弧、等離子熔覆以及填絲再制造等金屬增材再制造技術(shù)，對(duì)齒輪零件、軸類零件以及葉片類零件等修復(fù)研究[46?47]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)孫云飛[48]建立了大缺陷電弧增材修復(fù)多層多道和單層多道熔覆有限元模型，研究大缺陷電弧增材修復(fù)過程中分層方式和熔覆路徑對(duì)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律。中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司王凱[49]等，對(duì)核級(jí)法蘭面進(jìn)行在線電弧增材再制造維修，如圖6所示，結(jié)果表明電弧增材再制造工藝具有穩(wěn)定性以及可靠性，能夠用來對(duì)法蘭面進(jìn)行修復(fù)。

圖5 激光熔覆修復(fù)缸蓋[45]Fig.5 Cylinder head repaired by the laser cladding technology[45]

圖6 電弧增材修復(fù)法蘭[49]Fig.6 Flange repaired by the wire and arc additive manufacturing technology[49]

由此可見，金屬增材制造技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于軍事、航空航天、核電、車輛等眾多領(lǐng)域的裝備維修。雖然目前金屬增材制造技術(shù)在裝備維修領(lǐng)域的應(yīng)用很大程度上還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，經(jīng)金屬增材制造修復(fù)后的裝備應(yīng)用實(shí)例還比較少，缺乏實(shí)踐數(shù)據(jù)，但是對(duì)于野外環(huán)境下?lián)p傷裝備的應(yīng)急維修具有很大的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

4 分析評(píng)價(jià)

不同于日常裝備維修，野外裝備應(yīng)急維修具有以下特點(diǎn)及要求：（1）時(shí)間緊，任務(wù)重。野外環(huán)境應(yīng)急維修要求選用的應(yīng)急維修技術(shù)必須要在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)裝備全部或部分功能，使其能夠投入使用。在野外環(huán)境下，裝備具有移動(dòng)空間大、所處環(huán)境變化差異大、裝備損傷率高和工作節(jié)奏快等特點(diǎn)，因此要求維修技術(shù)必須具有高度機(jī)動(dòng)能力。一旦裝備出現(xiàn)故障，應(yīng)急維修技術(shù)的設(shè)備、材料等就要能夠迅速到位，維修設(shè)備立即展開，快速修理。（2）維修環(huán)境惡劣，修復(fù)難度大。野外環(huán)境惡劣，不可控因素多，同時(shí)缺少相應(yīng)的工具、設(shè)備、動(dòng)力，增加了修復(fù)難度。因此要求應(yīng)急修復(fù)技術(shù)具有良好的抗干擾性、工藝方法簡(jiǎn)單、操作便捷，降低對(duì)人工的要求，不需或少需外界能源及其他輔助條件。（3）損壞零件種類多，對(duì)修復(fù)質(zhì)量要求高。野外裝備零件具有種類多、材質(zhì)廣、損傷隨機(jī)性大的特點(diǎn)。對(duì)于某些重要零部件，例如齒輪、連桿等的修復(fù)質(zhì)量有很高的要求。因此要求野外應(yīng)急維修技術(shù)有較高的損傷修復(fù)率，可以保證裝備完成關(guān)鍵任務(wù)[50?52]。

因此將金屬增材制造技術(shù)應(yīng)用于野外裝備應(yīng)急維修，除了提到的成形效率、精度及力學(xué)性能三個(gè)參考因素以外，還要考慮金屬增材制造設(shè)備的機(jī)動(dòng)性以及抗干擾能力。結(jié)合野外應(yīng)急維修的特點(diǎn)，從成形質(zhì)量、成形能力、設(shè)備機(jī)動(dòng)性和設(shè)備抗干擾能力幾個(gè)方面對(duì)這幾種金屬增材制造技術(shù)用于野外裝備應(yīng)急保障的可行性進(jìn)行分析。

成形質(zhì)量：成形質(zhì)量主要包括成形件的尺寸精度、表面粗糙度和力學(xué)性能。上述幾種金屬增材制造技術(shù)制件的力學(xué)性能理論上都能滿足應(yīng)急保障的要求，其中選擇性激光熔化技術(shù)制備TC4試樣平均力學(xué)強(qiáng)度是最好的，電子束成形技術(shù)制備TC4試樣平均伸長(zhǎng)率最好，但是基本都能達(dá)到鍛件水平。粉床類金屬增材制造技術(shù)的成形精度普遍要高于絲材類金屬增材制造技術(shù)，其中選擇性激光熔化技術(shù)成形尺寸精度以及粗糙度甚至能達(dá)到20 μm，但是距離實(shí)際零件精度要求仍有很大的差距。

成形能力：野外裝備應(yīng)急維修除了進(jìn)行零件的直接制造，還需要對(duì)受損零件進(jìn)行維修。選擇性激光熔化和電子束成形技術(shù)能夠直接制備出成形精度高、相對(duì)密度高、力學(xué)性能優(yōu)良的金屬零件，但并不適用于受損零件的維修，相較于其余幾種金屬增材制造技術(shù)，應(yīng)用比較單一。

設(shè)備機(jī)動(dòng)性：電子束成形以及電子束熔絲設(shè)備對(duì)真空度有一定的要求，需要很好的密閉性，在移動(dòng)式野外維修時(shí)不具有優(yōu)勢(shì)。就原材料來講，絲材比粉末材料便于攜帶，不易受到污染，對(duì)野外環(huán)境具有更好的適應(yīng)性。相比之下，電弧熔絲技術(shù)采用絲材為原料，載體是通用的焊接設(shè)備，設(shè)備組成簡(jiǎn)單，成本低，克服了其余幾種設(shè)備昂貴、體積龐大等缺點(diǎn)，其機(jī)動(dòng)性更好一些。

設(shè)備抗干擾能力：野外環(huán)境復(fù)雜多變，金屬增材制造設(shè)備易受振動(dòng)、沖擊、噪音等干擾而失靈?；阡伔鄣倪x擇性激光熔化和電子束成形設(shè)備對(duì)于粉層均勻性有很高的要求，同時(shí)由于粉末粒徑小、質(zhì)量輕，極易受到外界擾動(dòng)而影響維修以及直接成形的質(zhì)量，也容易造成粉末泄露產(chǎn)生安全隱患。由于電子束成形設(shè)備對(duì)真空度有較高的要求，在野外較大振動(dòng)、沖擊環(huán)境下容易造成設(shè)備損傷。相比之下，同步送粉（絲）類的激光熔覆沉積以及電弧熔絲設(shè)備對(duì)外界抗干擾能力要更好一些。

表3對(duì)上述幾種金屬增材制造技術(shù)關(guān)于野外裝備應(yīng)急維修的適用性進(jìn)行總結(jié)?？梢娂す馊鄹渤练e技術(shù)綜合水平良好，電弧熔絲技術(shù)除尺寸精度、表面粗糙度外其余性能均較好。因此電弧熔絲以及激光熔覆沉積技術(shù)更適于野外裝備應(yīng)急維修。

表3 金屬增材制造技術(shù)適用性分析Table 3 Suitability analysis of metal additive manufacturing technology

5 存在問題以及發(fā)展趨勢(shì)

5.1 存在問題

目前，金屬增材制造技術(shù)的研究主要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下展開，而野外環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境有很大的差異，對(duì)設(shè)備、工藝等方面的要求也不盡相同。欲將激光熔覆沉積以及電弧熔絲技術(shù)應(yīng)用于野外裝備應(yīng)急維修還存在亟待解決的問題。

（1）修復(fù)材料不足問題突出。野外裝備損傷零部件材質(zhì)種類繁多，而野外應(yīng)急維修裝備攜帶維修材料種類以及總量受限，針對(duì)不同材質(zhì)零件不具備同種材質(zhì)維修的能力。同時(shí)野外裝備零件在服役過程中的損傷具有復(fù)雜性、突發(fā)性和隨機(jī)性特點(diǎn)，而野外受損裝備對(duì)維修具有較高的時(shí)效性要求。為了保證野外裝備應(yīng)急維修的時(shí)效性以及經(jīng)濟(jì)性要求，金屬增材修復(fù)設(shè)備不可能隨行攜帶大量不同材質(zhì)的修復(fù)材料，很難保證在金屬增材修復(fù)損傷裝備零件過程中采用同質(zhì)修復(fù)材料對(duì)損傷零件進(jìn)行修復(fù)。

（2）修復(fù)性能達(dá)不到使用要求?；诩す?、電子束、電弧的增材制造的結(jié)晶組織為鑄態(tài)組織，而許多裝備零部件的組織屬于變形組織，都是通過鍛造、軋制以及熱處理等工藝手段制備而來，其力學(xué)性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鑄態(tài)組織。因此，采用鑄態(tài)組織對(duì)變形組織進(jìn)行匹配修復(fù)，其修復(fù)層的力學(xué)性能很難達(dá)到零件母體的性能。而且零件待修復(fù)區(qū)域的母體受增材制造過程中反復(fù)的熱影響以及熱循環(huán)的作用，在組織晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大的同時(shí)，修復(fù)界面區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋，降低零件原有性能。

（3）設(shè)備集成化程度不高，機(jī)動(dòng)性差。野外裝備應(yīng)急維修要求維修設(shè)備具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，能夠快速抵達(dá)修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，高效優(yōu)質(zhì)的完成修復(fù)任務(wù)。然而目前的金屬增材制造設(shè)備組成復(fù)雜、體積結(jié)構(gòu)龐大，設(shè)備各系統(tǒng)之間集成化程度差，不便于來回轉(zhuǎn)移。此外，野外環(huán)境裝備應(yīng)急維修不僅是受損零件維修，還可能是零件的重新制造，因此成形效率也是一項(xiàng)必要的能力指標(biāo)，然而目前金屬增材制造設(shè)備的成形效率距離野外應(yīng)急維修需求仍存在一定差距。

5.2 發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)野外裝備應(yīng)急維修快速、精確保障裝備的目標(biāo)和提高裝備再生能力的要求，可以推斷未來野外應(yīng)急維修金屬增材制造技術(shù)將從以下方面展開。

（1）開展集約化金屬增材修復(fù)技術(shù)研究，以少數(shù)普適性較高的材料對(duì)不同材質(zhì)的失效零件進(jìn)行修復(fù)，解決野外裝備應(yīng)急維修材料種類不齊全以及材料攜帶總量不足的問題，可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。其一是從現(xiàn)有的材料中挑選普適性較高的材料，對(duì)不同材質(zhì)的損傷零件進(jìn)行修復(fù)。然而這種方法存在不足之處，損傷零件材質(zhì)主成分各有差異，例如鐵、鈦、鎳、銅等成分種類，能夠挑選的普適性程度較高的粉末材料種類有限，同時(shí)大多數(shù)情況下也只能針對(duì)具有相同主元素的損傷零件進(jìn)行修復(fù)，具有局限性。其二是針對(duì)不同的材料體系進(jìn)行集約化修復(fù)材料設(shè)計(jì)，研究不同合金元素在增材修復(fù)過程中對(duì)集約化修復(fù)材料以及零件材料體系的協(xié)同影響，使其即能滿足異質(zhì)材料金屬增材修復(fù)過程中的匹配性問題，同時(shí)又能兼顧各自力學(xué)性能的達(dá)標(biāo)，形成專有的集約化修復(fù)材料設(shè)計(jì)方法，制備出覆蓋多種材料體系以及適應(yīng)不同工藝參數(shù)的集約化材料。

（2）一方面進(jìn)一步通過優(yōu)化工藝、改善設(shè)備等手段提高金屬增材制造成形件本身形貌質(zhì)量以及力學(xué)性能，另一方面開展復(fù)合技術(shù)研究，將高能束增材成形與聲、磁、力等能場(chǎng)以及先進(jìn)機(jī)加等技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)一步細(xì)化增材件的內(nèi)部組織，提高金屬增材修復(fù)的成形精度、性能和效率。解決金屬增材成形件尺寸精度、性能無法滿足直接使用要求以及金屬增材制造設(shè)備價(jià)格昂貴，普適性不高的問題。

（3）金屬增材制造設(shè)備朝著桌面式、便攜式、可拆、可折疊式發(fā)展，便于以方艙等方式隨行攜帶，提高裝備的原位維修能力。將金屬增材制造設(shè)備集成起來，能夠通過海陸空等方式快速到達(dá)修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)難于拆卸、不易轉(zhuǎn)移的大型裝備進(jìn)行高效優(yōu)質(zhì)原位修復(fù)以及技術(shù)支撐。

6 結(jié)論

通過對(duì)常見金屬增材制造技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合野外裝備應(yīng)急維修的特點(diǎn)以及金屬增材制造技術(shù)在裝備維修領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，得出激光熔覆沉積以及電弧熔絲技術(shù)更適用于野外裝備應(yīng)急維修，但是仍受到材料不足以及設(shè)備自身原因等因素的制約。對(duì)此，一方面要開展材料集約化研究，進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)，通過與其他制造技術(shù)相結(jié)合的方式，解決修復(fù)性能無法滿足實(shí)際需求這一問題；另一方面要進(jìn)一步提高金屬增材制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及機(jī)動(dòng)性，開展野外金屬增材修復(fù)工藝研究，增強(qiáng)野外抗干擾能力。相信隨著金屬增材制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其在野外裝備應(yīng)急維修領(lǐng)域?qū)?huì)占據(jù)越來越重要的地位。