航空航天部件的穩(wěn)健金屬增材制造工藝選擇和開發(fā)（1）

來源：長三角G60激光聯(lián)盟

據(jù)悉,，本文概述了基于各種屬性的航空航天部件金屬AM工藝選擇的注意事項(xiàng),。這些屬性包括幾何因素,、冶金特性和性質(zhì),、成本基礎(chǔ),、后處理和工業(yè)化供應(yīng)鏈成熟度,。本文為第一部分,。

金屬增材制造（AM）涵蓋了可用于滿足工業(yè)需求的無數(shù)制造工藝。確定這些AM工藝中的哪一種最適合特定的航空航天應(yīng)用可能是一件非常困難的事情,。根據(jù)應(yīng)用,，這些AM過程中的每一個(gè)都具有優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。最常用的金屬AM方法包括粉末床熔合,、定向能量沉積和各種固態(tài)工藝,。在每一種工藝中，都有不同的能源和原料要求。本文概述了基于各種屬性的航空航天部件金屬AM工藝選擇的注意事項(xiàng),。這些屬性包括幾何因素,、冶金特性和性質(zhì)、成本基礎(chǔ),、后處理和工業(yè)化供應(yīng)鏈成熟度,。研究包括多個(gè)AM組件和樣品構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估（1）工藝中的材料和幾何變化和約束,，（2）合金表征和機(jī)械測(cè)試,，（3）探路器組件開發(fā)和熱火評(píng)估，以及（4）鑒定方法,。本文總結(jié)了這些結(jié)果,，旨在介紹設(shè)計(jì)金屬AM組件時(shí)的各種注意事項(xiàng)。

介紹
改進(jìn)的技術(shù)和程序性能演示支持了航空航天工業(yè)采用金屬增材制造（AM）的理由,。AM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括減少質(zhì)量,、復(fù)雜幾何形狀（傳統(tǒng)制造不可行）、增強(qiáng)傳熱,、零件固結(jié)和使用新型高性能合金,。適當(dāng)利用AM的程序成本節(jié)約是顯而易見的，因?yàn)榱慵�交付周期和成本的減少,、供應(yīng)鏈的擴(kuò)展（解決過時(shí)的方法并消除有限供應(yīng)鏈的程序風(fēng)險(xiǎn)）,、快速的設(shè)計(jì)故障修復(fù)周期、更快的上市時(shí)間,、減少廢料浪費(fèi)以及更低的買飛比,。這些優(yōu)點(diǎn)并不普遍,，因此有必要對(duì)AM工藝選擇進(jìn)行研究,。

為了通過降低成本、縮短交貨時(shí)間和嘗試降低飛行部件的質(zhì)量來不斷提高效率,，使用了設(shè)計(jì)日益復(fù)雜的高性能材料,。這必須在合理的成本和時(shí)間表內(nèi)完成，以滿足商業(yè)訂單或任務(wù)要求,。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)和策略已經(jīng)發(fā)展了幾十年,，以適應(yīng)這些航空航天設(shè)計(jì)目標(biāo)，以適應(yīng)眾多應(yīng)用類型;然而,，AM現(xiàn)在并將繼續(xù)對(duì)設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,。這種增材制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型通常被吹捧為工業(yè) 4.0，到 2025 年,，其航空航天領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模將增加到 31.87 億美元,，平均復(fù)合年增長率（CAGR）為 20.24%。在過去十年中，航空航天增材制造研究也呈指數(shù)級(jí)增長,。除了這些學(xué)術(shù)文獻(xiàn)之外,，許多相關(guān)工作以技術(shù)報(bào)告、通俗文獻(xiàn)和商業(yè)航空航天供應(yīng)商的宣傳文章的形式存在,，有時(shí)出于商業(yè)原因,，技術(shù)細(xì)節(jié)受到限制。

單位成本與生產(chǎn)量和生產(chǎn)復(fù)雜性,，確定本專著中進(jìn)一步開發(fā)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)最佳方案,。

為了縮小給定應(yīng)用的AM工藝，必須權(quán)衡零件設(shè)計(jì),、材料特性和工藝之間的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和限制,。零件性能、冶金考慮,、后處理方法,、認(rèn)證和鑒定方法的獨(dú)特要求使航空航天部件的AM工藝更加復(fù)雜。高強(qiáng)度或高導(dǎo)電性應(yīng)用可能會(huì)限制材料選擇,，從而限制可用的AM工藝,。大規(guī)模設(shè)計(jì)可能需要具有大構(gòu)建量但具有較低特征分辨率的AM工藝。一些AM材料的新穎性和缺乏材料認(rèn)證可能會(huì)阻礙選擇,，而不考慮潛在的技術(shù)效益,。這些細(xì)微差別導(dǎo)致了設(shè)計(jì)師進(jìn)退兩難的癥結(jié)所在。如何確定候選零件的最佳AM流程既沒有很好的文檔記錄,，也不自然直觀,。最多，設(shè)計(jì)師將通過權(quán)衡獨(dú)特的部件要求（例如,，復(fù)雜性,、特征分辨率、零件尺寸,、材料特性）和制造工藝（例如,，材料可用性、構(gòu)建量）來指導(dǎo)AM工藝選擇,。

空中客車A320機(jī)艙鉸鏈支架的TO和AM,。左：TO設(shè)計(jì)過程。右：原始支架（頂部）和最終TO優(yōu)化設(shè)計(jì)（底部）,。

盡管集中的工藝信息和基本材料特性數(shù)據(jù)在研究文獻(xiàn)中很容易獲得,，但試圖提取這些數(shù)據(jù)并從整體角度看待貿(mào)易的資源仍然缺乏工業(yè)化的相關(guān)來源。本文旨在幫助商業(yè),、工業(yè)和學(xué)術(shù)界使這些流程選擇更加穩(wěn)健,。

航空航天的AM生命周期和過程
AM航空航天部件的迭代生命周期步驟是（1）設(shè)計(jì)和預(yù)處理,，（2）制造（包括工藝參數(shù)和原料），（3）后處理,，以及（4）在役部件,。每個(gè)生命周期步驟（及其子步驟，如圖1所示）都會(huì)影響工藝選擇并影響后續(xù)的最終零件性能,。

圖1 AM航空航天部件迭代生命周期中的主要工藝步驟,。

增材制造提供的廣泛自由度產(chǎn)生了一個(gè)多維設(shè)計(jì)空間，該空間跨越工藝,、材料和幾何形狀,，具有大量的輸入和約束。然而,，這個(gè)空間的復(fù)雜性意味著計(jì)算框架需要優(yōu)化過程和設(shè)計(jì)領(lǐng)域,。下圖描述了一個(gè)整體設(shè)計(jì)范式，其中增材工藝,、增材材料,、設(shè)計(jì)優(yōu)化以及工藝和材料模型協(xié)同工作，以產(chǎn)生滿足裕量要求的最佳設(shè)計(jì),。在完整的實(shí)施例中,，范式的每個(gè)元素向其他三個(gè)元素提供輸入并接收來自其他三個(gè)元素的反饋。例如,，設(shè)計(jì)優(yōu)化將通過工藝能力,、材料分布和模型來生成設(shè)計(jì)解決方案，為最終設(shè)計(jì)分析,、材料規(guī)格和工藝定義提供信息,。由于材料和工藝知識(shí)仍然不完整，計(jì)算和驗(yàn)證成本仍然很高,，并且集成嘗試仍然不成熟,，因此目前最先進(jìn)的技術(shù)尚未接近此框架。連接元素的每一步,，例如將材料分布納入優(yōu)化工具集或改進(jìn)過程模型,，都將為設(shè)計(jì)空間,、過程和材料空間,、應(yīng)用程序和最終用戶帶來顯著而直接的好處。

整體設(shè)計(jì)范式的關(guān)鍵要素,，用于優(yōu)化增材制造零件的設(shè)計(jì)和制造,，包括工藝和材料意識(shí)。

航空航天積極使用多種金屬AM工藝,，這些工藝具有不同的口語名稱和分組,。最近，ASTM根據(jù)ISO/ASTM 52900:2015對(duì)金屬和聚合物的原料、熔融過程中的物質(zhì)狀態(tài),、材料分布和基本技術(shù)原則（如能源）對(duì)金屬AM工藝進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化和分類,。本文重點(diǎn)介紹在飛行應(yīng)用程序中已經(jīng)（或正在）實(shí)現(xiàn)的過程。這些工藝類別包括粉末床熔合（PBF）,、定向能沉積（DED）和固態(tài)工藝,，如冷噴涂（CS）、增材摩擦攪拌沉積（AFS-D）和金屬板層壓,。它們已用于修理和再制造,、涂層和自由零件制造。使用這些工藝制造的金屬部件可以是元素金屬,、合金,、金屬基復(fù)合材料和多種合金。本文中討論的航空航天AM工藝概述如圖2所示,。眾所周知,，本文中排除了其他幾種可用的金屬AM工藝。

圖2 航空航天應(yīng)用中的主要金屬AM工藝,。

粉末床熔合的主要工藝包括激光粉末床熔解（L-PBF）和電子束粉末床熔煉（EB-PBF）,。L-PBF使用激光作為熱源，使用粉末原料床制造零件,。激光基于定義的掃描策略熔化材料,，以在離散層內(nèi)創(chuàng)建特征。L-PBF也稱為選擇性激光熔化（SLMTM）,、直接金屬激光燒結(jié)（DMLSTM）和直接金屬激光熔化（DMLM）,。（EB-PBF）工藝類似于L-PBF，但使用電子束（EB）作為真空室內(nèi)的熱源,。電子束預(yù)熱該層,，并根據(jù)定義的刀具路徑（逐層）熔化材料，以生產(chǎn)最終零件,。EB-PBF工藝也稱為電子束熔化（EBM）,。

十多年來，工藝圖量化了增材工藝中微觀結(jié)構(gòu)控制的范圍,。研究人員還利用電子束熔化改變鉻鎳鐵合金718中晶粒的晶體質(zhì)構(gòu),，通過精確控制工藝參數(shù)，生產(chǎn)出粗柱狀晶粒,、外延沉積物和全等軸晶粒,，下圖這項(xiàng)工作突出了通過控制過程輸入來生成局部微觀結(jié)構(gòu)和材料屬性的能力，以適應(yīng)零件中的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài).多材料零件在單個(gè)幾何形狀中包含不同的材料成分,，通常具有多功能功能,。聚合物工藝最成熟,，因?yàn)榫植孔兓�的材料特性，顏色和材料梯度已�?jīng)使用商業(yè)機(jī)器,。定向能量沉積通過OEM系統(tǒng)提供了對(duì)梯度金屬的訪問,，而粉末床技術(shù)已經(jīng)得到證明，但尚未商業(yè)化用于多材料部件,。片材層壓提供了對(duì)梯度材料的訪問以及嵌入式電子設(shè)備和傳感器的獨(dú)特集成,。跨材料類型（即聚合物,、金屬,、陶瓷）的打印技術(shù)是有限的，但極具吸引力,，并有望實(shí)現(xiàn)更廣闊的設(shè)計(jì)空間,。直接寫入材料擠出產(chǎn)生了具有嵌入式電氣功能的零件，而材料噴射產(chǎn)生了具有打印光學(xué)元件和插入式電氣元件的光電器件,。

使用激光粉末床融合（中）和多光子光刻（右）制造的四面體晶格設(shè)計(jì)的3D Mitchell結(jié)構(gòu)（左）,。

DED過程相似，因?yàn)槊總�(gè)DED過程都可以使用龍門架或機(jī)器人系統(tǒng)來移動(dòng)沉積頭或耳軸構(gòu)建臺(tái)（即,，部件和頭的移動(dòng)是靜止的）,。相反，工藝差異是由于原料和能源,。激光粉末定向能量沉積（LP-DED）允許使用激光作為能量源和粉末作為原料制造零件,。

固態(tài)工藝使用不同的機(jī)制來沉積或結(jié)合材料以及不同的原料。AFS-D,，也稱為MELDTM,，是一種固態(tài)AM工藝，使用固體或粉末原料進(jìn)料至旋轉(zhuǎn)摩擦攪拌銷工具,。當(dāng)施加向下的力時(shí),，材料經(jīng)歷塑性變形并以逐層方式沉積。沉積頭下方的工作臺(tái)提供創(chuàng)建自由形狀零件的運(yùn)動(dòng),。圖3顯示了各種金屬AM工藝的特寫圖像集合,，并表示了沉積/構(gòu)建的方向。

圖3 各種金屬AM工藝以及沉積/構(gòu)建方向的特寫圖像,。

已經(jīng)使用航空航天應(yīng)用的每種AM工藝制造了各種開發(fā)和飛行部件,。航天工業(yè)一直熱衷于采用各種AM工藝，以減少復(fù)雜零件的原型和生產(chǎn)提前期,。各種航空航天AM部件的示例如圖4所示,。AM為高復(fù)雜度部件提供了大量航空航天生產(chǎn),，否則傳統(tǒng)制造技術(shù)不可行,。盡管主要航空航天公司和許多初創(chuàng)企業(yè)都有許多例子,，但L-PBF中使用的主要工藝是DED（包括LW-DED和LP-DED）。

圖4 液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的AM部件示例,。

航空航天用普通AM合金
傳統(tǒng)制造業(yè)有數(shù)千種合金可供選擇,。AM僅使用各種工藝使有限數(shù)量的金屬和合金完全成熟，缺乏傳統(tǒng)制造業(yè)幾十年的經(jīng)驗(yàn),。此外,，航空航天部件具有關(guān)鍵功能，在惡劣環(huán)境中（無論是高壓,、腐蝕性流體還是低溫）以最小的余量設(shè)計(jì)(− 252°C）至高溫（通常超過1000°C）,，并且必須在高工作循環(huán)下可靠運(yùn)行數(shù)千個(gè)工作小時(shí)。因此,，對(duì)最終用途的適當(dāng)合金選擇提出了苛刻的要求,。

航空航天AM需求的金屬選擇已擴(kuò)大到包括鋁合金、不銹鋼,、鈦合金,、鎳基和鐵基超合金、銅合金和耐火合金,。新的和現(xiàn)有的合金正在不斷開發(fā)中,，人們認(rèn)識(shí)到該清單并非包羅萬象。所列的許多合金僅處于開發(fā)階段,，可能無法完全滿足使用特定AM工藝（包括基于統(tǒng)計(jì)的設(shè)計(jì)材料性能）的航空航天應(yīng)用,。在制造工藝中，L-PBF,、LP-DED和AW-DED是研究最多的領(lǐng)域,，而激光線DED的研究則少得多。固態(tài)AM工藝在研究和工業(yè)應(yīng)用中越來越受到重視,。

根據(jù)所用的AM工藝,，原料從預(yù)合金粉末（通常通過氣體霧化生產(chǎn)）、線材,、片材或?qū)嵭陌舨男问讲坏�,。雖然與鍛造合金相比，可用的合金數(shù)量有限,，但有許多常用的和眾所周知的高溫和流行的航空航天合金,，但成熟度各不相同。由AM金屬和合金制成的各種部件的示例如圖5所示,。圖5（d）中的示例展示了在外部特征和支撐內(nèi)部流動(dòng)通道上使用晶格結(jié)構(gòu)的一些復(fù)雜性,。

圖5 用不同金屬和合金制造的復(fù)雜航空航天零件示例。

鎳基和鐵基超合金主要是因?yàn)槠湓诟邷馗邏合戮哂袃?yōu)異的機(jī)械性能,，并且通常用于惡劣環(huán)境（耐腐蝕和抗氧化）,。鎳基超合金在AM平臺(tái)上廣泛流行,，Inconel 625和Inconel 718用于許多應(yīng)用。鐵基超合金,，如A-286,、JBK-75和NASA HR-1，通常用于高壓氫應(yīng)用（如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)）,，以減輕與氫環(huán)境脆化（HEE）相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn),。此外，這些高溫合金具有很高的抗蠕變性能,。這些特性的結(jié)合大大提高了現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率,。高溫合金是制造高壓燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、渦輪,、外殼,、盤和葉片等許多部件的關(guān)鍵金屬。其他高溫和低溫應(yīng)用包括閥門,、渦輪機(jī)械,、噴射器、點(diǎn)火器和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)歧管,。目前,，超過50%的先進(jìn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量由鎳基高溫合金構(gòu)成。

航空航天部件需要承受極端工作條件,，同時(shí)重量輕,。鈦合金因其高比強(qiáng)度（即強(qiáng)度重量比）、斷裂韌性,、抗疲勞性和出色的耐腐蝕性而在航空航天工業(yè)中具有吸引力,。基于激光的DED也稱為激光金屬沉積或激光工程凈成形,，由于其比需要真空條件的基于電子束的DED更高的生產(chǎn)率和更靈活的工作環(huán)境而受到更廣泛的關(guān)注,。金屬絲也可以用作原料，稱為線弧增材制造,，但我們的文章將重點(diǎn)介紹大部分使用粉末原料的DED工藝,。盡管PBF通常比DED表現(xiàn)出更好的空間分辨率和生產(chǎn)零件的表面質(zhì)量，但后者在航空航天應(yīng)用中比PBF具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),。

a）定向能量沉積（DED）過程示意圖,。（b）使用DED工藝修理的鈦壓縮機(jī)葉片。（c） PBF和DED技術(shù)在層厚度和沉積速率方面的比較,。

在DED工藝中,，激光束熔化金屬粉末，在基板表面形成熔池。由于基材的快速散熱,，熔池會(huì)經(jīng)歷快速冷卻和凝固（104–106K/s）,。單向凝固的前β柱狀晶粒是DED生產(chǎn)的鈦合金中最顯著的特征之一。還可以觀察到沉積層頂部區(qū)域的等軸晶粒,。例如,，下圖 a顯示了DED生產(chǎn)的Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的微觀組織,，該合金由沉積軌跡底部的粗柱狀先β晶粒和等軸晶粒組成,。α相可以在前β晶粒的邊界處優(yōu)先成核，形成晶界α相（α國標(biāo)）（圖b）,。前β晶粒中的柱狀到等軸過渡（CET）已被廣泛研究,。柱狀顆粒由熔池底部基質(zhì)的外延生長形成。等軸晶粒歸因于新成核晶粒的生長,，這是由于熱梯度減小和熔池頂部存在未熔化的顆粒（圖c）,。

（a） DED生產(chǎn)的Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金中的CET現(xiàn)象。（b）晶界α相（α國標(biāo)）沿前β邊界進(jìn)行裝飾,。（c）局部熔池中等軸先β晶粒的成核機(jī)制：（i）熱梯度降低引起的表面成核和（ii）以部分熔化的粉末為原子核的異質(zhì)成核,。（d）DED生產(chǎn)的鈦合金頂部區(qū)域沉積層的先β晶粒形貌：（d1）Ti-6Al-4V（TC4），（d2）Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si（TC11）和（d3）Ti-10V-2Fe-3Al（TB6）,。還提供了三種鈦合金熔池中凝固行為的示意圖,。

可用于航空航天應(yīng)用的其他金屬合金包括難熔金屬，如鈮,、鉭,、鉬、錸和鎢及其合金,。鈮基C-103在輻射冷卻噴嘴,、空間反應(yīng)控制系統(tǒng)和高超音速機(jī)翼前緣等應(yīng)用中很常見。其他鈮基合金（WC3009,、C129Y,、Cb752、FS-85）用于再入飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)以及堆芯結(jié)構(gòu)中的空間反應(yīng)堆,。Ta基合金（Ta10W,、Ta111、Ta122）通常用于具有腐蝕性的高壓和超高溫環(huán)境,。鉬基耐火材料用于超高溫應(yīng)用,，如堿金屬熱管和核熱推進(jìn)燃料元件。Re基合金在AM中的開發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,，但在自燃燃燒室和單晶渦輪葉片中有潛在的用途,。

AM過程選擇的屬性
當(dāng)評(píng)估和向下選擇AM過程時(shí)，如果設(shè)計(jì)要求不決定決策,，則可能會(huì)大大減少選項(xiàng),。工藝選擇的最常見依據(jù)是組件的復(fù)雜性和規(guī)模,。除尺寸限制外，其他標(biāo)準(zhǔn)可能包括工藝所需的材料特性,、具有某些特征或合金的工藝成熟度,，甚至工藝熟悉度。高級(jí)屬性包括設(shè)計(jì)要求（特征）,、工藝特定考慮因素以及微觀結(jié)構(gòu)特征和特性,。雖然試圖對(duì)這些屬性進(jìn)行單獨(dú)分類，但它們通常是完整的,。航空航天部件的一般工藝選擇如圖6所示,，其中考慮了選擇標(biāo)準(zhǔn)的類別。

圖6 航空航天部件的工藝選擇屬性,。顏色與圖2中的工藝步驟一致,。

總體設(shè)計(jì)和工藝屬性

工藝選擇的實(shí)質(zhì)動(dòng)機(jī)來自設(shè)計(jì)階段，包括材料選擇,、整體零件尺寸,、特征分辨率、復(fù)雜性,、構(gòu)建率（與工藝經(jīng)濟(jì)性和特征分辨率相關(guān)）,、內(nèi)部特征以及單合金或多合金構(gòu)建。AM有一系列設(shè)計(jì)解決方案,，包括單部件或多部件組件,，AM工藝選擇可能會(huì)相應(yīng)改變。這些方面之間的交易是相互關(guān)聯(lián)和反復(fù)的,。除了原料類型之外,，工藝參數(shù)對(duì)于生產(chǎn)成功的AM航空航天部件和影響AM工藝選擇至關(guān)重要。

整體零件尺寸

AM工藝的商用機(jī)器和定制裝置提供了構(gòu)建直徑和構(gòu)建高度的近似線性關(guān)系,，如圖7所示,。每個(gè)工藝的最大構(gòu)建體積如圖所示。7a和PBF工藝的縱橫比近似線性,。DED工藝通常觀察到最大的縱橫比,，而冷噴涂的縱橫比最小，兩者都提供了最大的整體構(gòu)建體積,。

圖7 基于總體構(gòu)建量選擇AM流程,。（a）每個(gè)過程的最大構(gòu)建直徑和構(gòu)建高度。（b）用于每種工藝的商用和定制AM機(jī)器,。

自2015年以來,，調(diào)幅機(jī)的規(guī)模大幅增長。圖7b顯示了許多主要航空航天制造商和供應(yīng)商在全球范圍內(nèi)提供的各種構(gòu)建尺寸（最大的AW-DED尺寸除外，以提高分辨率）,。盡管構(gòu)建卷有許多選項(xiàng),，但給定大小的可用機(jī)器數(shù)量可能在數(shù)量/可用性方面受到限制，從而導(dǎo)致交付周期過長,。盡管AM構(gòu)建量的增長已經(jīng)并繼續(xù)增加,，但PBF機(jī)器僅限于最長尺寸不超過1米的部件（如圖7b中灰色框所示）。

零件復(fù)雜性,、特征分辨率和構(gòu)建率

航空航天AM零件可以包括坯料（例如,，鍛件替換件）、需要最終機(jī)加工的近凈形狀部件,，或只有AM工藝才能生產(chǎn)的高復(fù)雜度（最終,、竣工幾何形狀）,。零件復(fù)雜度與特征分辨率和沉積速率直接相關(guān),。雖然人們傾向于采用高復(fù)雜性以實(shí)現(xiàn)最佳的質(zhì)量節(jié)省或功能性能，但航空航天零件要接受嚴(yán)格的檢查以確定飛行可行性,，隨著復(fù)雜性的增加,，可檢查性也隨之降低。無損評(píng)估（NDE）或無損檢測(cè)（NDT）技術(shù)在充分檢查零件方面的應(yīng)用受到限制,，設(shè)計(jì)的復(fù)雜性也給后處理階段帶來了挑戰(zhàn),，如粉末去除、機(jī)加工或表面強(qiáng)化（拋光）,。選擇金屬AM工藝時(shí),，必須強(qiáng)烈考慮零件復(fù)雜性（內(nèi)部和外部特征），因?yàn)樗�與特征分辨率,、沉積速率和檢查能力有關(guān),。

幾種金屬AM系統(tǒng)允許混合制造，包括增材和減材制造技術(shù),�,；旌舷到y(tǒng)包括增材部分（使用沉積頭或其他方法）和減材加工頭，用于制造期間的臨時(shí)加工,�,？梢栽诔练e工藝完成后進(jìn)行加工，以允許更高分辨率的特征,，但可能會(huì)受到限制,。UAM過程需要使用混合減法能力來提供精細(xì)的特征分辨率�,；旌舷到y(tǒng)在LP-DED工藝中非常常見,，用于LW-DED和AW-DED工藝的系統(tǒng)數(shù)量有限。由于真空環(huán)境，整體加工對(duì)于EBW-DED工藝不可行,。L-PBF工藝采用了集成混合加工,，但使用非常有限。

如圖8所示,，每個(gè)AM工藝的特征分辨率都有范圍,，并且高度依賴于原料、機(jī)器硬件配置和工藝參數(shù),。例如,，DED工藝（如LP-DED和LW-DED）可以使用不同的光斑尺寸，而AW-DED可以增加焊絲原料直徑,，并增加沉積速率,，但不利于特征分辨率。

圖8 與AM流程中的最小功能大小相比,，構(gòu)建速率,。

對(duì)于鍛造或鑄造替換件，沉積速率優(yōu)先于特征分辨率,，假設(shè)可以滿足所有其他性能,。制造速度是固態(tài)工藝的最大優(yōu)點(diǎn)之一，在固態(tài)工藝中不會(huì)發(fā)生熔化,。這些工藝（冷噴涂,、AFS-D、UAM）提供了高沉積速率,，同時(shí)保持了航空航天零件所需的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu),。與沉積/構(gòu)建速率相比，特征分辨率的圖形總結(jié)如圖9所示,。該圖包括每個(gè)AM工藝的許多航空航天組件示例,。

圖9 基于特征分辨率、構(gòu)建/沉積速率和多種合金構(gòu)建選擇工藝,。

來源：Robust Metal Additive Manufacturing Process Selection and Development for Aerospace Components, JMEPEG, doi.org/10.1007/s11665-022-06850-0

參考文獻(xiàn)：Leary, F. Berto and A. du Plessis, Metal Additive Manufacturing in Aerospace: A Review, Mater. Des., 2021, 209, p 110008. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110008