激光選區熔化成形技術在航空航天領域應用現狀

李沛劍 杜 鵑 倪江濤 陳 帥 甘俊雄

（1.海裝駐北京地區第一軍事代表室，北京 10076；2.首都航天機械有限公司，北京 100076；3.“航天之星”軍民融合創新研究院，長沙 410000）

1 引言

3D 打印又稱為增材制造技術，是通過計算機對所需的數據模型從高度上進行分層，然后通過層層堆垛形成所需零件。與傳統使用CNC 設備進行減材生產相比，增材制造技術具有零件生產周期快，材料利用率高，減少人工，節能環保等優勢[1]。激光選區熔化技術(Selective laser melting，SLM)作為增材制造技術其中一種，主要以金屬粉末為原材料，通過計算機軟件切片后（路徑規劃）控制高能量束的激光在金屬粉末床上描繪并熔化成型零件的單層形狀，通過逐層堆積形成致密的金屬零件。由于激光光斑直徑很小，（85±5）μm，且零件生成方式是通過逐層堆垛成型，SLM 技術相對傳統加工方式具有高精度和零件凈成形的特點，并且在設計端能給予設計人員更高的設計自由度[2～4]?，F階段的SLM 技術在設備穩定性、后處理工藝流程方面已經趨近于成熟階段。通過SLM 制造的零部件通常具有極高的致密度(＞99.9%)，且靜態力學性能優于傳統鑄造成形零件，基本可以達到鍛件水平。非常適用于航空航天領域制造復雜流道、一體化結構的金屬工件，也可以為航空航天領域零件輕量化減重提供方向，由于這些優勢使其在航空航天領域受到了極大的關注。

目前SLM 技術在航空航天領域中的研究主要集中于發動機零部件制造，此類零部件服役環境嚴苛，且對于構件材料、結構和性能的要求較高。在傳統制造技術中，這部分零件具有加工難度大、生產周期長、材料成本高等問題，SLM 技術的特點能很好優化和解決這些問題，從而在該領域取得了很好的發展。SLM常用的材料體系主要有鈦合金、鎳基高溫合金、鋁合金和銅合金等[5～7]。本文主要介紹了SLM 技術常用的材料及其相應的力學性能，基于SLM 技術所帶來的成型優勢和零部件結構特征，重點介紹了國內外航空航天領域的典型應用，探討了SLM 技術存在的問題以及未來的重點研究方向。

2 航空航天領域常用材料體系

航空航天領域常用材料普遍要求有良好的強度、韌性、耐腐蝕性、耐高/低溫性能等多方面性能，且在重量及成本控制上有著特殊要求?，F階段研發人員通過不同部位具體的性能要求來選擇滿足需求的金屬材料，如有性能要求的結構件會利用鈦合金高強度、耐磨、質量輕的特點；有高/低溫性能要求的發動機零部件會使用鎳基高溫合金制造；非承重結構和散熱器會利用鋁合金導熱快、質量輕的特點；對于火箭燃燒室這種需要快速導熱的零部件，最新研究熱點主要以銅合金作為內襯快速導熱，外部再輔以高溫合金作為支撐。各種合金材料具體的應用場景和性能將在后面進行介紹。

2.1 鈦合金在SLM 技術中的應用

目前在航空航天領域應用較多的鈦合金材料體系主要有TC4、TA15、TC11 和TiCu 合金等，TC4 鈦合金由于材料密度低(4.51g/cm3)、相對比強度高、耐磨蝕性好等特點，使零部件在具有高強度的同時兼顧輕量化。在航空航天領域中作為結構件、發動機零部件、導彈和衛星方面得到了廣泛應用。鈦合金現階段的研究熱點主要是TiAl 合金和NiTi 形狀記憶合金。TiAl合金具有高比彈性模量及良好的抗蠕變、高溫強度、抗氧化性能等[8]，而NiTi 合金具有超彈性和形狀記憶特性[9]，相關材料的研制應用能解決部分功能性零部件問題。表1 為SLM 常用的鈦合金材料熱處理后的力學性能。

表1 SLM 常用鈦合金力學性能

2.2 鎳基高溫合金在SLM 技術中的應用

目前在航空航天領域應用較多的鎳基高溫合金主要有IN718、IN625 和GH3536 等。鎳基合金在650～1000℃范圍內具有較高的強度和良好的抗氧化性，在航空航天領域發動機的耐高溫部件上得到了廣泛應用。由于鎳基高溫合金中含有的元素種類較多，使得其在快熱快冷的SLM 成形過程中普遍存在裂紋敏感性強、力學性能不均勻等問題。熱等靜壓（HIP）作為一種可消除裂紋、降低孔隙率的后處理技術，能很好彌補鎳基高溫合金零部件在SLM 成形過程中出現的微裂紋和缺陷。表2 為SLM 常用的鎳基高溫合金材料熱處理后的力學性能。

表2 SLM 常用鎳基合金力學性能

2.3 鋁合金在SLM 技術中的應用

鋁系合金具有質量輕、熱傳導性能高等優點，在航空航天領域非承重結構件和散熱器的應用比較廣泛。不過鋁系合金對激光有高反作用，激光能量吸收率低，所需的激光能量密度高，且材料成形效率較低。目前常用的鋁合金材料主要有2 系Al-Cu 合金、4 系Al-Si 合金、6 系Al-Mg-Si 和7 系Al-Zn 等[17～19]，其中AlSi10Mg 材料應用最為廣泛。表3 是SLM 常用鋁合金材料在熱處理條件下的力學性能。

2.4 銅合金在SLM 技術中的應用

火箭發動機燃燒室由于工作環境的高溫之前一直使用鎳基高溫合金材料，隨著銅合金SLM 工藝的開發，其優良的導熱性能被應用于發動機燃燒室的研發。已有大量應用驗證其能顯著提高燃燒室的燃燒溫度，給火箭提供更大的推力。目前常用的銅系合金材料主要有Cu-Cr-Zr合金、Cu-Ni-Sn合金、Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti 合金等。相較于其他材料，銅合金具有高反效應，室溫下對常用波長為1064nm 的近紅外光的吸收率僅為5%，這使得其夾雜、球化、孔洞和微裂紋等缺陷更多，成形質量更差。另外95%的能量反射也容易引起設備激光器過熱等故障。針對這個問題，現在已經有很多公司正在開發適用于銅合金SLM 成形技術的藍激光和綠激光打印設備和工藝。表4 是SLM 常用銅合金材料在熱處理條件下的力學性能。

表4 SLM 常用銅合金力學性能

3 SLM 成形技術在航空航天領域的應用現狀

增材制造技術具有零件生產周期快、材料利用率高、節能環保等優勢，其高精度和凈成形特點，都很好符合了航空航天領域現階段的需求，在快速迭代和成本控制方面也有優勢?，F階段主要應用于航空航天領域相關部件一體化、免組裝大型零件，輕量化、拓撲優化結構件，復雜流道結構，渦輪發動機零部件及生產成本和周期的控制方面。

歐美發達國家的航天機構和企業一直在開展相關研發工作和應用積累，在技術積累、市場成熟度和創新能力方面具有一定的優勢。國內廠家在國家政策支持的情況下，各企業都在積極推動制造業轉型升級和技術創新，提升產品設計和生產效率。因此對于增材制造方面的人才培養和資金都有較大投入；并且中國擁有龐大的制造業市場需求，為增材制造技術提供了廣闊的應用前景和發展空間。

3.1 國外應用現狀

3.1.1 一體化免組裝零件方面的應用

在零部件一體化成型方面,NASA 馬歇爾航天飛行中心(MSFC)在2012年的增材制造驗證機項目中運用SLM 技術的特點設計了一個發動機原型，如圖1所示[28]。對原發動機零部件進行了一體化、免組裝設計優化。使得該發動機的零件數量減少80%。原本零部件連接處的焊縫由100 余條減少到30 條以下，大大降低了裝配周期和成本，研制周期也由7a 減少至3a。其他的零部件如噴注器，從傳統制造的255 個零件設計優化為6 個增材制造零件，主氧化劑閥、燃燒室/噴管冷卻夾層、主料閥等零部件都從傳統工藝的幾個部件一體優化成一個整體零件。

圖1 NASA 基于增材制造技術設計的演示機（AMDE）[28]

GE 航空長期對其公司產品進行SLM 技術優化和轉化，多年來積累下了豐富的轉化經驗和成果。已經陸續推出了燃油噴嘴、中框組件、熱交換器等成熟產品。其中最成功的轉化案例是其對于燃油噴嘴的優化。優化后的燃油噴嘴由原來的20 個部件組裝而成變成了1 個精密整體，在重量上新噴嘴減輕了25%，由于減少了零部件的組裝，成本效益提升30%。新噴油嘴在滿足基本功能的同時實現了噴氣燃料的自身冷卻，使其耐用度提高，產品損耗量降低了5 倍（如圖2a所示）。其后續推出的中框組件產品也指明了增材制造相對于傳統制造的另外一個優勢。由于將原本需要300 個零件組裝而成的中框一體化打印成為1 個整體，不僅省去了原本7 道組裝工藝流程，也使得原本多達50 家的復雜供應商體系得到了大量刪減，如圖2b所示[29,30]。2022年3月30日，GE 航空測試了第一臺T901-GE-900發動機，該發動機主要為美國陸軍的UH-60 黑鷹、AH-64 阿帕奇和未來攻擊偵察機(FARA) 提供動力。T901 發動機利用SLM 技術實現了零件的整合，減輕了大約20%重量。與上一代T700 相比，T901 的功率增加了50%，提高了飛機的性能，而比油耗只提高了25%[31]。其他廠家和產品如阿麗亞娜5 火箭發動機噴油器部件，如圖3所示，和空中客車（AIR BUS）公司，如圖4所示，都利用SLM 技術對其產品進行了優化和探索[32,33]。

圖2 GE 航空SLM 應用案例[29，31]

圖3 SLM 技術制造的阿麗亞娜5 號火箭發動機噴油器部件[32]

3.1.2 輕量化、拓撲優化方面的應用

在航空航天領域中將1kg 物品運入衛星軌道的費用約為20000 美元，因此在零部件輕量化和拓撲優化上的應用尤其重要，零部件上減少的每1g 都有助于提高空間探索的能力。最近NASA 在總結航空航天領域線路圖和優先發展技術文章中將增材制造和創新設計列為優先發展技術[34]。圖5 為經拓撲優化的衛星支架構件。

圖5 拓撲優化后通過SLM 技術制造的衛星支架[34]

Materialise 作為增材制造中重要的模型處理軟件，在工件的輕量化和拓補優化上進行了大量的探索。傳統衛星結構中傳遞載荷的金屬鑲件通常采用鋁或鈦合金通過機加工制造，由于是實體，它們的質量和成本都很高。工程師將他們對于SLM 技術的理解和航空航天工程結構仿真方面的專業知識相結合，從內到外重新設計了這個新型部件。在工件內部采用中空、拓撲優化和晶格結構設計來滿足工件的性能需求，通過SLM 制造后將工件質量從1454g 減少到500g，如圖6所示。在降重同時由于設計優化改善了載荷的分布，使得原本存在的熱彈性應力問題也得到了很好的解決，延長了鑲件的使用壽命[35]。

圖6 傳統鑲件與拓撲優化后的對比[35]

3.1.3 復雜流道結構方面的應用

由于SLM 技術具有凈成形和高精度的特點，其在航空航天領域中復雜流道結構的零部件上也有很好的應用。發動機燃燒室身部作為復雜流道結構的典型工件，之前一直有使用高溫鎳基合金進行SLM 打印的嘗試并且取得了較好的實驗結果[36]。NASA 馬歇爾航天飛行中心（MSFC）的研發人員想利用銅合金本身導熱快的特點來制造推力更大的火箭發動機，為此他們專門開發出了滿足工件高溫蠕變性能和強度要求且適于增材制造的鉻鈮銅（Cu-8at.%Cr-4at.%Nb）材料，實現了燃燒室身部復雜流道結構的制造。使用SLM 技術打印的鉻鈮銅（GRCop-84）和鉻鋯銅（C18150）推力室身部，見圖7a、圖7b。由于銅合金固有的高反現象導致工件中存在部分的冶金缺陷，他們也開發了一套滿足產品性能的后處理工藝，包括熱等靜壓、固溶+時效強化等。鉻鈮銅（GRCop-84）和鉻鋯銅（C18150）推力室身部熱試車考核實驗，見圖8a、圖8b，優化后的工件分別累積進行了2365s 和1443s 的考核試驗，均未發生失效[37]。

圖7 SLM 制造的銅合金身部[37]

圖8 銅合金身部熱測試[37]

2020年，Launcher 公司率先使用EOS 的中大型多光束SLM 設備M4K（450mm×450mm×1000mm）打印了迄今為止世界上最大的單一組成部分燃燒室，如圖9所示。該組件使用鉻鋯銅合金材料，通過SLM 制造了燃燒室外部大量的復雜流道結構，主要用于E-2 火箭發動機全尺寸鉻鋯銅合金燃燒室的研制。除燃燒室外，Launcher 公司還將相關產品的火箭發動機零部件進行了SLM 優化，如噴注器、液氧泵、渦輪泵等適用于增材制造生產的工件。到目前Launcher 公司已完成優化后的渦輪泵70 多次驗證[28]。

圖9 Launcher 公司利用SLM 技術開發的E-2 火箭發動機部件[28]

Sintavia 公司利用SLM 技術優化了熱交換器，使其形成了400mm×400mm×990mm 的波浪結構，如圖10a所示[38]。通過結構的優化大大提高了其熱交換面積，與之前相比熱傳遞性能提高了2 倍；與傳統加工方式相比，產品成型合格率提高了4 倍以上。顯著提高的性能使得其在航空航天領域得到的快速發展。為了進一步提高火箭推進系統的效率，Sintavia 公司開發了GRCop-42 銅合金的SLM 工藝，以此來進行散熱器相關的零件打印。如圖10b所示是使用銅合金打印出來的只有0.5mm 壁厚的4mm 細胞的陀螺[39]。

藍色起源（Blue Origin）是一家商業太空公司，主要從事火箭的重復發射和回收。他們在3D 打印方面進行了大量可行性嘗試，在其謝潑德太空船上就有超過400 個增材制造的零件。其產品火箭發動機BE-4(液氧甲烷)中很多關鍵部件采用3D 打印制造，如發動機增壓泵（OBP）外殼就采用鋁合金打印，內部集成了傳統方法難以加工的復雜流道。液壓渦輪采用鎳基合金打印，使其通過最少的材料浪費就能實現原本的功能需求。其最新采用增材制造的高性能BE-7 發動機（BE系列新一代發動機）已經開始進行點火測試，如圖11所示。2020年12月4日，在NASA 馬歇爾太空飛行中心，藍色起源對自主研發的高效發動機展開第四次推力艙測試，累計測試時間達到1245s，進一步證明了其降落月球的能力[40]。

圖11 藍色起源公司開發的發動機[40]

3.1.4 渦輪發動機方面的應用

渦輪發動機作為關鍵的動力裝置一直是研究的熱點。吳鑫華研究團隊使用增材技術率先研制出了小型燃氣渦輪發動機見圖12，該成果為SLM 技術在航空航天領域渦輪發動機方向的發展提供了可行性[41]。經過不斷的優化和改進，該成果使其得到了為賽峰公司和阿邁羅公司制造渦輪發動機部件的訂單。

圖12 采用SLM 技術制造的小型燃氣渦輪發動機[41]

3.1.5 生產成本、周期及原型開發方面的應用

增材制造（SLM）技術對于航空航天領域的發展不僅僅體現在零部件的輕量化、整體性和復雜結構上，對于生產成本和周期上的提高也是促進其大力應用的重要原因。GE 航空公司在這方面有過很多嘗試，將一臺水陸兩用發動機4 個零部件的生產由鑄造轉換為SLM 方式，如圖13所示。不僅保證了零件本來的性能要求，也使得生產成本下降了35%，生產周期從之前的12～18 個月縮短到10 個月[42]。

Pankl Racing Systems 是一家奧地利的大型金屬增材制造服務提供商。該公司透露在不到兩年的時間內，他們就為教練機制造了2 個3D 打印部件，通過快速開發設計零部件并取得驗證結果，不僅得到了快速的應用也解決了散熱器因為組裝和加工帶來的高壓泄露問題，如圖14所示[33]。

圖14 快速驗證的零部件[30]

在高速飛行器方面，VELO 3D 工程師們利用SLM技術特點，在原型開發階段設計了多種不同結構的噴油器流道，如圖15所示。在短短兩周內，就篩選出了性能最好的產品，使其具有他們所尋找的所有靜態和動態特征[43]。世界上最大的航空航天發動機工程公司之一的法國賽峰公司，一直致力于增材制造在該領域的應用和研究。賽峰公司表示目前關于產品SLM 優化才處于前期驗證階段，只有不到1%的產品采用SLM方法進行生產制造。不過隨著SLM 優勢逐漸體現，最終在下一代航空航天發動機引擎中將會有約25%的組件采用該方式。到目前為止，賽峰公司已經生產了1000多個零件，并計劃繼續擴大SLM 零件的生產能力，預計到2023年制造超過8000 個部件。其中包括目前正在開發的M88 發動機5 個合格部件，如圖16所示[44]。

圖15 SLM 打印的不同設計噴油器流道[43]

圖16 賽峰公司開發的零部件[44]

3.2 國內應用現狀

隨著SLM 技術在國外航空航天領域逐漸應用，其高效的生產方式、凈成形以及一體化結構優勢，吸引著國內許多科研院所和企業對其進行探索和研究。航天動力技術研究院經過多年的研制和優化，在最終的地面熱試車中成功驗證了其通過SLM 生產的噴管組件，該結果表明使用SLM 制造的零部件能滿足較高壓強下的承載性能和可靠性。

西安航天發動機有限公司主要致力于液體火箭發動機的研制，他們使用SLM 技術優化了液體火箭發動機內的關鍵構建加強肋。相比于之前采用熔模精密鑄造需要經過29 道工藝流程進行生產，優化后的產品不僅能滿足原本的性能要求，在生產制造周期和成本上分別降低了75%和30%，產品的合格率也由之前的20%提升至98%。2022年11月8日，在珠海航展的商業航天發動機展會上，航天推進技術研究院推出了85t級開式循環液氧煤油發動機。該產品定位于低成本的中、小型液體商業運載火箭主動力，用于發射國內外主流的中小型商業衛星。該型號的關鍵零部件部位采用SLM 制造，經過方案的快速驗證，在長期試驗中進行了數十次可靠性考核。該發動機已完成11 臺單機研制試車，6 臺工藝試車，共進行了40 次點火，累計點火時長達到3536s。單臺設備考核最多6 次，累計點火時長達到834s，最長單次點火時長達到500s。80t 及以上工況單臺試車時間451s、累計試車時間超過800s。首臺產品搭載總體完成動力系統試車，第二臺已組裝完成具備交付條件[45]。

中國航天科工防御技術研究院利用SLM 技術實現了某發動機復雜構件的整體集成制造。與之前傳統制造方法相比，優化后的零部件成本降低了50%，整個制造周期縮短了50%，零部件的性能指標滿足原有要求，如圖17所示。北京遙感設備研究所根據SLM技術原理對某熱控功能一體化的結構進行了優化，有效解決了大功率信息處理機常見的熱散和減重問題。SLM 制造的零部件與之前產品相比，工作時間提高了6 倍，重量僅為原來的50%。北京動力機械研究所通過一體化設計，將某發動機組件的外涵中介機匣、滑油箱等多個零部件進行整合設計，利用SLM 實現了該組件的整體集成制造，并且通過了試車考核。優化后的組件相較于原有組件零件數量由1000 多個縮減為30 多個，生產流程和產品裝配流程得到了極大簡化。

圖17 采用SLM 技術制造的集成設計飛行部件

隨著SLM 技術在航空航天領域不斷的嘗試和應用，已取得了相當可觀的成果?，F階段國內民營航天企業也開始應用SLM 技術在航空航天領域進行探索。藍箭航天主要致力于SLM 技術在發動機領域的研究，基于降低研發成本和迭代周期的考慮，采用一體化成型的方式制造了其液氧甲烷發動機產品TQ-11 和TQ-12，該產品現已成功完成試車考核。

在提高發動機燃燒效率方面，深藍航天與鉑力特公司通過合作，將LT-5 5t 級液氧煤油發動機的零部件從結構上進行優化并使用SLM 制造并進行驗證，如圖18所示，研制結果表明該產品推力室效率從95%提升至99%，實現了該技術領域的巨大跨越，該推力室也已經通過了長程試車考核[46]。

圖18 SLM 技術整體形成的噴油器和推力室[46]

深藍公司利用華曙高科的FS621M 系統實現了大尺寸火箭發動機燃燒室的批量生產。該燃燒室高度為780mm，直徑為550mm，見圖19。該工件實現了許多創新，包括一體化設計、輕量化晶格結構和自支撐的幾何形狀。深藍公司表示，現在基本上已經實現85%的火箭發動機部件使用增材制造，未來可能還會增加[47]。

圖19 使用FS621M 生產的火箭發動機燃燒室[47]

深藍航天還一直在開發被稱為“星云-1”的中型軌道運載火箭。它由“雷霆”發動機提供動力，其發動機渦輪盤、燃氣發生器身部都使用SLM 進行制造，并將在2024年底完成其首次軌道發射-回收任務。其20t 級“雷霆-R1”可復用發動機已成功完成首輪點火試車。此次試驗使用同一臺發動機整機產品，共計進行了5 次點火測試，累計點火工作時間達到138s，最長單次工作時長達到90s[48]。

鉑力特參與了大連理工大學設計研制的“大連1號-連理衛星”12U 高分辨率對地遙感衛星項目，利用八激光BLT-S800 設備制造了AlSi10Mg 部署器框架并順利點火升空，進入預定軌道。部署器框架由主框架、艙門等多個部件組成，其中主框架結構尺寸約為400mm×400mm×500mm，最小壁厚1mm，對一體成形零件的精度要求較高，如圖20所示?？朔叩蜏?、熱真空、原子氧腐蝕等太空因素，保證衛星長期在軌存儲與釋放的可靠性[49]。九州云箭與鉑力特公司合作，共同開發了龍云液氧甲烷發動機中的旋轉零部件、燃燒裝置零部件以及發動機管路等零部件，如圖21所示，并完成了系列可靠性熱試車考核[50]。

圖20 采用SLM 技術制造的零部件[49]

圖21 龍云液氧甲烷發動機SLM 零件[50]

4 SLM 技術問題和展望

SLM 技術是增材制造技術中非常重要的一種，經過幾十年的發展，在設備完整性、可用性和穩定性上都有一定成果，這也促進了其在航空航天制造領域更好的發展和應用。但針對于航空航天領域對于產品可靠性、可復制性等高要求，現在的SLM 技術仍存在諸多關鍵問題急需解決。

4.1 粉末循環利用研究

粉末原材料作為SLM 成形技術最初的環節，容易被研發及工藝人員忽略?，F在對于粉末原材料的檢測主要為粉末粒徑范圍、粉末霍爾流速、粉末松裝密度、振實密度及粉末形貌，以此來保證其在打印過程中具有很好的流動性和成形效果。對于現在成形尺寸越來越大的多激光束設備（如米級大設備），打印單個工件所需要的粉末可以達到噸的量級；還有進入批量生產階段的型號零件。這些生產需求對于粉末原材料的批次穩定性提出了更高的要求。其次是粉末的循環使用以及與新粉的摻雜混合對于產品性能影響還需要更多的研究和數據支持。

4.2 SLM 成形過程中的缺陷控制

SLM 制造的零部件內部存在彌散、隨機分布且形狀不規則的冶金缺陷，如夾雜、氣孔、微裂紋等，這些缺陷帶來的不確定性已成為制約SLM 技術在航空航天高端應用的重要問題。在SLM 超快熔化、超快凝固的成形過程中，還存在著許多不清楚的問題，如全幅面打印質量均勻性的把控、熔融液體與保護氣流交互作用對打印質量的影響、合金元素凝固時的擴散偏析機制等，這些問題都需要研究人員和企業進一步的探索和驗證。

4.3 大幅面/多激光束設備的研制

目前航空航天領域的零部件正朝大尺寸及超大尺寸方向發展，而現階段較成熟的大型SLM 成形設備主要為400mm 和600mm 尺寸。且大尺寸及超大尺寸的零部件若使用單激光進行打印，會出現生產時間過長，打印失敗風險增加的情況，這會給生產廠家帶來非常大的不確定性和成本損失。面對這個限制SLM 技術應用的關鍵因素，現在急需大尺寸、高效率的SLM 成形設備（多光束米級）的研制和開發。研制出這種多光束米級設備還需要攻克許多技術問題，如多光束振鏡搭接與打印分配技術、大幅面設備的風場均勻性控制技術、粉末循環系統及粉床均勻性控制技術、設備功能系統模塊化及可替代性、設備可靠性驗證技術等，這些技術問題還需要設備廠家進一步的研究和應用驗證。

4.4 無支撐工藝及工件結構優化

SLM 工藝現階段最主要的應用在于對零部件功能結構一體化的優化。目前航空航天領域的零部件設計還是基于傳統的鑄造工藝和機加工藝進行，采用“自上而下”的設計流程，這些原因造成了許多零部件的結構并不適合進行SLM 制造。針對于這個問題，可以從設計端和設備端兩頭著手進行優化。由于SLM 技術可實現工件的一體化制造，設計人員可以從功能出發來進行工件設計。對于這種新的“自下而上”設計流程，需要工藝人員與設計人員更多的進行交流，將SLM制造特點傳達給設計人員，從而對傳統工件結構進行優化。其次設備端也需要優化激光掃描策略，使其能逐步實現無支撐打印來滿足航空航天領域零部件的生產制造。這些措施都將對航空航天領域的復雜零部件高效制造具有重大意義。

4.5 智能化管理系統需求

航空航天領域傳統的生產制造主要按功能性對流程進行劃分，如機加、熱處理、焊接等。使用SLM 制造后，許多工序和流程都可以省略，現階段并沒有與之相適應的智能化綜合管理系統。典型的SLM 零件制造需要經過清粉、線切割、熱處理、機加、X 光、熒光和檢驗等工序才能交付使用，傳統的生產制造體系較為分散，整個生產工藝流程的流轉仍需大量人員對接，導致SLM 工藝生產效率高的優勢并未完全體現出來。在智能化管理需求下，現階段增材制造系統都是基于單臺設備、單個工序（SLM 成形）、單個產品的制造系統，系統流程中的各個接口缺乏有效的互聯互通。未來需要基于SLM 全流程的智能化綜合管理系統開發，構建以質量管理、多設備的生產管理、打印監控及反饋、生產耗材物料、后處理及檢測數據的全流程管理實時監測體系。將各設備、工序和單元鏈接，真正實現全流程數據的可共享、可追溯、可利用，減少流程，釋放產能，降低生產成本。