增材制造领域的迅速进步，为钛合金的制造工艺开创了革新的途径。目前，国内研究者广泛探索并深入分析了激光、电子束以及熔焊与固态焊这三种先进的增材制造技术在制备钛合金过程中的应用。经验证明，通过采用增材制造技术，能够产出性能卓越且质量上乘的零件制品。然而，值得注意的是，各增材技术之间存在独特的技术特性差异，在实际操作及未来发展过程中，应基于具体需求灵活选用适宜的增材方法，以确保工艺的最优化与效率最大化。
钛及其合金凭借其独特的物理与化学属性，在船舶制造、航空航天和汽车工业等关键领域展现出广泛的应用潜力，并且在国防工业中占据着举足轻重的地位。这些材料的引入对工业进步产生了深远的影响，它们相较于传统材质的优越性能显著提升了产品质量，响应并满足了现代工业对先进材料及工艺的需求，从而加速推动了产业现代化进程的步伐。
随着钛生产技术的不断优化与革新，钛合金已成为工业领域的关键金属材料之一，其地位堪比黄金之于贵金属，且可能更为珍贵，标志着工业生产的进阶与升级。
作为数字化工艺领域的先锋，增材制造被广为人知为“3D打印”，其独树一帜的能力在于能够进行无模化的实体构件成型，实现了设计与生产流程的高度融合。这项技术以其极高的加工精度、缩短的周期时间和优异的产品物理化学性能著称，自20世纪70年代以来，随着研究的深入和技术的革新，增材制造不仅成为工业界的焦点所在，而且在多个现代工业领域展现出了蓬勃的发展活力和广泛应用潜力。
在当今技术创新的步伐中，增材制造技术以惊人的速度崭露头角，具备了实现单一或复合金属材料结构设计的无限潜能，颠覆了传统制造业对复杂构件构造的认知与实践。特别针对钛合金而言，这一技术革新攻克了精密组件加工的难题壁垒，极大地拓宽了钛合金的应用领域边界。
伴随工业社会的飞速发展，钛合金增材制造工艺日臻完善，其演变路径按照所采用热源的不同，主要被划分为激光/电子束增材制造、熔焊增材制造和固态焊增材制造等三大核心分支。国际学术界与研究者们通过不断探索与优化，旨在通过不同的增材制造技术手段，寻求更为稳定且高效的工艺方法，致力于减少乃至避免在增材过程中可能产生的结构缺陷，从而推动钛合金增材制造技术走向绿色、高效和稳定的全新阶段。
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激光束与电子束因其高密度和能量的可控性，被视作二十一世纪最为先进的制造工艺之一，其卓越特性使其在精密加工领域大放异彩。
目前，激光/电子束增材制造技术涵盖多个细分领域：激光金属沉积技术、激光选区熔化技术、电子束熔丝沉积技术以及电子束选择性熔化技术。这些技术已在钛合金增材制造中得到广泛探索与实践，展现出其在材料科学和工程领域内的巨大潜力。
此等技术的广泛应用，不仅实现了材料的高精度成型，更在提升产品性能、减少设计与制造复杂性方面表现出色，无疑是现代制造业中的关键技术里程碑。
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在Mahamood先生的研究中，他们运用了LMD技术，以深入探讨并开发具有功能梯度特性的Ti6Al4V/TiC材料。通过采用前期经验模型对工艺流程进行精细化调整与优化，他们成功地制备出了此类先进结构的材料，并对其微观组织、显微硬度和耐磨性进行了详尽的表征。
研究结果令人印象深刻：经过优化工艺后的功能梯度材料展现了超卓的性能，其硬度相较于基体显著提高，达到了惊人的4倍，高达1200HV。同时，Silze女士在她的探索中，采用了新型半导体激光器及LMD技术，为Ti6Al4V材料的增材制造开启了新的篇章。通过将6个功率达200W的激光头环绕于进给枪周围，她不仅实现了激光束直径仅为0.9mm的精细操作，更是在不牺牲质量的前提下，确保了工艺过程的高效率与低缺陷性。
随着层间停留时间的延长及冷却时间相应增加，材料的微观结构得到了优化调整。这一策略的成功实施，使得晶粒厚度显著减小，进而为提升材料的整体力学性能创造了条件。研究验证了通过LMD技术进行增材制造，不仅能够满足锻造Ti6Al4V所要求的最低屈服强度和抗拉强度标准，而且在追求更高性能的同时，还保证了工艺过程的可靠性和可控性。
Heigel等学者通过综合原位温度与应力的实时监测，以及结合热机模型与有限元分析的热-应力耦合方法，深入探究了Ti6Al4V在激光沉积增材制造过程中的热力演变现象。研究揭示，在增材层内，残余应力的最大峰值位于中心下方，随向两侧延伸方向应力逐渐递减；随着驻留时间的增长，各层次间的温度差异显著增大，相应的残余应力亦随之增加。
左士刚基于TA15钛合金球形粉末，运用激光沉积技术对TC17钛合金进行增材修复，旨在探索这一过程中的组织特性和力学性能变化规律。实验结果显示，在采用激光沉积法进行的修复作业中，TA15与TC17组成的复合件在未发现焊接缺陷的情况下，展现出1029MPa的抗拉强度；通过退火处理后，其机械性能显著增强，达到甚至超过TC17锻造件的标准水平，尤其在延展性方面表现优越。
作为增材制造领域的专家，我深知针对钛合金采用激光粉末床熔融技术所展现出的卓越稳定性与优势。通过这一方法生成的增材部件，其机械性能已接近甚至达到了锻件的最低标准，尤其在特定的应用场景下，钛合金材料需要经过严格的热处理工序，以确保其满足后续的实际使用需求，并实现最佳性能表现。
唐思熠等人通过应用选择性激光熔融技术制备了钛6铝4钒钛合金样本，并对其微观结构、机械性能以及致密化过程进行了深入的研究。研究结果显示，当激光功率从360瓦提升至400瓦时，样本的致密度显著提升；在此之后，随着激光扫描速度的变化，致密度呈现出了更加敏感的响应。在理想的工艺参数下制备的样本质量大幅度超越了锻件标准。
Polozov等人通过实施选择性激光熔化技术，探索了对Ti-5Al、Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb块状合金进行增材制造的可能性，并进一步对其进行了退火处理。此研究旨在深入剖析钛铝铌系统，他们详细地表征了所制备的试样。
经仔细分析，研究揭示了通过SLM技术可以成功制造出Ti-5Al钛合金。而对于Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb合金而言，为了完全溶解Nb颗粒，需要在1350℃下进行热处理。然而，在此过程中，样品中的氧含量显著增加，这导致其力学性能有所下降。
Fan等人深入探讨了选择性激光熔融技术在制造Ti-6Al-2Sn-4Zr-4Mo钛合金过程中，标准时效处理对显微组织稳定性的影响。研究揭示，在提升激光扫描速度的过程中，相对密度攀升至99.5%后迅速降至约95.7%。在经过时效处理后，Ti-6242材料的抗拉强度从1437MPa显著增强至1510MPa，其延展性则由5%骤降为1.4%，同时硬度水平亦由410HV上升到了450HV。β相颗粒的沉淀硬化现象被确认为诱发这些性能变化的主要因素。
Ren等人通过采用选择性激光熔化技术的增材制造方法，深入研究了Ti-Ni形状记忆合金的组织特性与性能，精心制备了具有等原子比例Ti50Ni50的质量分数样品。
于特定工艺参数下——激光功率设定为40J/mm³、扫描速度调整至1000mm/s，成功生产出了近乎全致密的试件。在探索不同扫描速度对相组成、相变温度及维氏硬度等属性的影响时，发现其变化作用相对有限。
与传统铸造技术相比，SLM增材制造工艺所产出的零件展现出显著优势：不仅具有更高的真空压缩性能，而且还具备更为出色的断裂强度，这表明SLM技术在制备高质材料方面展现出了卓越效能。
作为增材制造领域的专家，我了解到对于Ti6Al4V材料而言，选择性激光熔化技术呈现出相对便捷的操作方式和优良的加工效果。然而，在探讨其他钛合金与SLM技术相结合的可能性时，我们面临着一系列挑战。为了使这类合金通过SLM工艺实现高质量增材制造，并确保其力学性能达到预期标准，深入研究与实践至关重要。
在进行钛与其他元素合金的SLM技术应用时，预热或采取特定的热处理方法以及实施精确的氧含量控制策略显得尤为关键。这些步骤不仅有助于减少内部应力和裂纹的风险，还能显著提升材料的致密性和均匀性，从而实现对力学性能的有效优化。通过精心调控上述工艺参数，并综合考虑材料特性和制造过程中的各项因素，我们有望获得性能卓越、品质上乘的研究试样。
总之，在推进钛合金SLM技术的研发过程中，细致的工艺设计与持续的技术创新是不可或缺的核心要素。唯有通过不断探索和实践，方能解锁更多可能性，实现更广泛的增材制造应用领域，并推动这一前沿技术的全面发展。
靳文颖深入探究了TC4钛合金的电子束熔丝沉积增材修复工艺，并对常规TC4焊材与自制TC4EH焊材进行了效能对比评估。研究结果揭示，使用自制TC4EH焊材进行增材修复后，获得的抗拉强度高达905.23MPa，显著优于采用普通TC4焊丝的情形；同时，其硬度与冲击韧性也展现出卓越水平。尤为值得一提的是，修复材料的延伸率能够达到接近原始材料90%以上的优异性能，充分体现出其在力学性质上具有显著优势。
Chen等人对其电子束熔丝沉积技术的Ti6Al4V合金形变调控进行了深入研究，在此过程中，他们以100至150毫安的扫描电流和低于每秒100毫米的速度操控电子束，进而生成了薄壁结构。该研究表明，变形分布受到扫描方式的影响相对较小；然而，在单向扫描模式下所形成的形变更为显著，并且在进行往返扫描时，收缩效应表现得尤为明显。这一观察结果与电流变化之间存在着直接的正比关系。同时研究还揭示了一个重要发现：在基板保持恒定温度的情况下，其下部区域形变状况得到了有效的改善。
Yan等人深入探讨了采用电子束熔丝沉积技术制备Ti6Al4V材料过程中形成的加强筋所产生的剩余应力和形变现象。研究结果揭示，这两组加强筋均对板材施加了不利的变形效应，其中纵向轨迹所引发的形变显著大于横向轨迹。进一步分析表明，沉积轨迹对整体变形模式产生了深远影响，并且在与之相关的加强筋内部底部边缘区域观察到了最大位移值。同时，高应力集聚现象主要集中于加强筋的根部区域，这一发现对于优化后续设计与工艺参数具有重要意义。
探索钛合金领域内的电子束熔丝沉积增材制造技术，研究尚属初期，侧重于通过有限元分析软件在材料变形控制方面的应用。此领域的深入剖析表明，相较于传统加工方法，电子束熔丝沉积增材制造工艺拥有显著优势，它不仅能够有效地规避现有技术的局限性，并且为实际操作中提供了坚实的理论依据与指导。
Murr等人通过采用先进的增材制造技术——即基于选择性激光熔化的电子束熔融工艺，成功制备了多孔的泡沫Ti6Al4V合金。此项研究深入探讨了材料结构中的刚度与密度之间的微妙关系。
探究结果显示，所制成的泡沫内部具备两种不同的孔隙结构：实心孔和中空孔。相较于传统EBM制造出的紧密、无孔的固态零件，中空孔设计在维持强度与硬度的同时，实现了显著的性能提升。具体而言，中空孔结构下的材料展现出高达40%的强度增加，这一特性归因于其内部孔隙的设计优化。
同时，研究揭示了刚度与材料孔隙率之间的反比关系：随着孔隙率的增加，刚度相应下降。这表明在设计过程中，通过调整孔隙尺寸和结构可以精确调控材料的力学性能和整体刚度。
此项研究成果为EBM增材制造技术在生物医学、航空航天等多个高要求领域开辟了广阔的应用前景，其不仅能够提升材料性能与轻量化效果，还可能引领新材料科学的发展方向。
许飞等人运用电子束选区熔化工艺，针对制备的TC4钛合金展开了大功率高速光纤激光焊接试验。研究发现，EBM技术在增材制造过程中形成的TC4晶粒尺寸不均，导致激光焊接受热区域接近上下面的β柱状晶结构较为细密。观察到焊缝部位的微观硬度相较于增材区有所提升，并且呈现顶部硬度较高的特征。
Seifi及其团队对利用电子束熔融技术进行Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的选区增材制造工艺进行了深入研究。他们的发现揭示了所制备材料展现出的高强度和高硬度特性，这一结果显著超越了传统铸造钛铝合金所能达到的性能水平。此研究进一步证实了在当前的增材制造材料领域中，通过精细调控沉积过程，可以生成更加微观结构致密、性能卓越的合金成分，这一发现对于推动高性能材料科学的发展具有重要价值。
Surmeneva等人深入探究了利用定向能量沉积技术制备 Ti-10%Nb合金的微观结构特性。研究结果揭示，在定向能量沉积过程中形成的Ti-10%Nb合金中，体积最大的Nb颗粒得以原位产生，并且观察到Nb元素仅部分向Ti基体扩散，如图4所示。鉴于此发现，进一步优化定向能量沉积工艺参数以实现更为均匀的合金微观结构显得尤为关键和必要。
关于Ti6Al4V电子束熔融研究领域，已积累了丰富经验与成果。然而，在探索针对Ti-Nb合金的EBM增材制造技术时，我们面临显著挑战：Nb颗粒的扩散问题尚未得到有效解决，这直接导致了微结构的不均匀性。为了进一步提升Ti-xNb合金材料性能和增材制造质量，未来的研究应着重于开展更多工艺优化试验，旨在寻找到有效策略以克服上述难题。
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与诸多增材制造技术相比较而言，熔焊方式以其操作便捷性和成本效益脱颖而出，然而其在结构可靠度方面略逊一筹。熔融沉积成形是该工艺的核心过程，通常使用焊丝进行，但因基体和初沉积层间的显著热梯度以及辐射与对流热散失的影响，在最终部件的底部会出现细晶结构。由于传热速率相对较低且热梯度较小，这限制了在增材制造过程中形成细致的晶粒组织至中间层，而仅在部件的中心区域形成了延伸状的柱状晶粒。
李雷等人选取了CMT电弧增材工艺来处理TC4薄壁结构，旨在探究这一技术对其性能的影响。研究揭示，在增材过程中反复的热循环作用，导致原始材料中的β晶粒柱状结构、水平层带纹理、马氏体相变及网篮状组织特征在新增加的材料层中显著显现。尤其值得关注的是，时效处理的效果对样品的中下部区域产生了强化效果，而相比之下，上部增材层的显微硬度略低于中下部，这一现象体现了特定的工艺条件和时间效应对于材料性能的微妙影响。
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陈伟深入探索了CMT电弧增材技术在TC4钛合金中的应用，其研究聚焦于不同工艺参数下的微观结构与力学性能。通过精心设定送丝速度为3.0米/分钟以及焊接速度为0.48米/分钟，他揭示出原始β晶粒剖面面积的最小化现象。
采用这一系列优化工艺后，陈伟将TC4钛合金在特定条件下进行热处理：首先在870℃下保温1小时进行固溶炉冷处理，随后在600℃环境下持续2小时进行固溶空冷处理。这一过程显著促进了各区域微观组织的均匀性，同时明显提高了经固溶处理后的材料塑性，展现出卓越的性能优化。
Lin等人通过运用选择性激光熔化增材制造技术，对Ti6Al4V合金的微观组织与显微硬度进行了深入探讨。研究揭示了脉冲能量输入能够有效地抑制先前β晶粒的外延生长模式，从而促进形成接近等轴晶粒的柱状结构。在成形初期阶段，由于热循环效果不足，导致较低的显微硬度值；然而，在后续的沉积过程中，随着温度逐渐稳定并提升，材料的硬度随之增加。尤其在沉积层的顶部区域，由于不受连续热循环的影响，第二相颗粒体积减小，这进一步降低了该区域的硬度值。这一研究不仅深化了对Ti6Al4V合金增材制造过程的理解，也为未来优化材料性能提供了理论依据和实践指导。
马照伟执行了对利用旁路热丝等离子弧增材制造技术在钛合金材料上的组织与性能分析工作。研究结果揭示了增材生成的钛合金部件在横向抗拉强度方面的表现，达到了惊人的977MPa，这一数值与其母体材料TC4的抗拉强度相媲美。断裂现象主要发生在由连续熔融-凝固过程形成的增材直壁结构的末端区域。其原因在于，横向焊缝处的缺陷与杂质含量相对较低，从而确保了此类钛合金增材构件在纵向方向上也展现出优异的抗拉强度性能。
在分析增材制造技术所形成的直壁结构936MPa强度级别的断裂情况时，观察到断裂现象主要集中在上部区域，并且相较于横向焊缝，其性能表现略显逊色。靠近原始材料界面的热影响区呈现出了较低硬度特征，进而引发了局部软化现象。然而，整体而言，该结构在竖向方向上的硬度分布较为均匀，未出现显著差异。
这一分析揭示了增材直壁结构在特定工艺条件下的力学性能表现，以及其断裂模式与热处理后材料性质的关系。通过深入理解这些特性和影响因素，可以为进一步优化材料设计和加工工艺提供科学依据。
Pardal及其团队在他们的研究中，探索了激光与连续熔化过渡复合焊接技术在提纯级钛合金Ti6Al4V构件增材制造过程中的效能及稳定性。其研究成果揭示，采用激光技术不仅能够增强焊接流程的稳定性，显著降低焊接过程中产生的飞溅，同时也有效抑制了电弧的不规则漂移现象。此外，通过此方法优化，单层和多层沉积下的焊缝形貌得到了明显改善，并成功将Ti6Al4V合金材料在增材制造过程中的沉积速率提升至每小时2.0千克，较之原先的1.7千克/h有了显著的飞跃，从而展现出激光与CMT复合焊接技术在工业应用领域的巨大潜力。
在探索熔焊增材制造钛合金的技术路径中，重心倾向于TC4材料的研究。此领域广泛采用诸如CMT及等离子熔丝工艺等高效能技术手段，并辅以多元化的热源辅助策略，旨在确保焊接过程的稳定性与精确性。业界观察指出，未来钛合金增材制造的发展趋势应着重于功能性材料制备的研发，以便于其在各个领域的广泛推广和应用。同时，复合热源的集成使用或可控热输入技术的应用被视为是提升工艺稳定性和效率的关键方向。
增材制造领域中，探索和深化熔融沉积技术的创新途径，无疑将引领学术界与工业界的广泛关注。作为科学研究和技术进步的重要前沿之一，该领域致力于开发更为高效、精确且环保的材料成型方法，以满足日益增长的个性化生产需求与复杂结构构建挑战。通过优化热物理过程、增强材料兼容性以及提升设备自动化水平，熔融沉积增材制造有望实现从理论研究到工业应用的跨越，从而开辟更多可能性，为各行业带来革新性的解决方案。这一研究方向不仅旨在提高现有技术的性能，还致力于开拓全新的工艺路径，以适应未来制造业对高精度、高速度和低能耗的要求，进一步推动全球先进制造领域的进步与繁荣。
搅拌摩擦增材制造乃是从搅拌摩擦焊接技术衍生而出的一种高级固相构建工艺，其工作机理如图7所示。此方法在材料增益过程中的效率与成本优势显著。在实际的增材工程中，它避免了金属熔化和凝结的发生，从而有效地排除了熔池可能带来的冶金瑕疵。此外，搅拌摩擦过程中所引发的塑性变形对于晶粒细化具有重要作用，由此能够生产出既经济又高质量的产品。
张昭等人通过构建基于Abaqus的生死单元法与移动热源法的两种搅拌摩擦增材制造Ti6Al4V有限元模型，深入探讨了温度分布和晶粒生长状态。研究揭示，在横向增材作业中，峰值温度相较于纵向增材显著升高。在搅拌区域冷却及累计增材过程中，观察到晶粒粗化现象，并伴随着β相向α相的转变。此外，通过分析不同热循环次数的影响，发现低层搅拌区晶粒尺寸较大，而高层搅拌区则展现出较小的晶粒尺寸。
超声波增材制造是一种新颖且高效的快速成形技术，专门用于室温或接近室温环境下合成金属基复合物。这一工艺巧妙地利用了较低的加工温度条件，使得复合材料能够借助嵌入其内部的形状记忆合金纤维在回弹应力作用下的预应变特性，实现精准成型与构建。
Hahnlen等人在他们的研究中，通过应用等离子增强原子层沉积技术，对NiTi-Al复合材料的结构接口强度进行了深入剖析。这一领域的关键关注点在于纤维与基体之间的界面强度，其被视为制约整体UAM复合材料性能的关键因素。
研究结果表明，平均界面剪切强度达到了7.28兆帕，这说明了纤维与基体结合的主要机制是基于机械键合的方式，而非依赖于化学键合或冶金键合。此发现为理解并优化此类复合材料的性能提供了重要洞见。
为了提升碳纤维增强聚合物的承载效能，并促进其在航空航天与汽车制造领域的广泛应用，James及其研究团队聚焦于超声波增材制造技术下的CFRP/Ti接合部位剪切破裂强度之探讨。研究结论揭示，通过应用UAM工艺可有效实现该类复合材料结构件的构建。进一步分析显示，超声波能级与表面纹理特征均对由UAM形成的构件剪切强度产生显著积极效应。具体而言，在焊接前适度提升界面表层粗糙度，能够显著增强最终焊缝承受剪切力的能力，从而优化CFRP/Ti接合部分的性能指标。
在现有学术探讨中，对基于超声波辅助的增材制造技术应用于钛合金领域的研究显得相对稀缺，更多聚焦于金属基复合材料之探索，旨在通过集成创新手段以优化复合材料的特定性能，从而更好地适配实际生产实践需求。展望未来的研究趋势，有理由认为强化在力学性能方面对复合材料的深入探究应成为重点发展的方向，以期解锁更高效、更具竞争力的技术路径与应用方案。
随着当代工业领域的迅猛推进，轻量化设计已然成为构建元件进阶的主旋律，对结构组件性能与质量标准提出了更为严苛的要求。在此背景下，钛合金增材制造技术的迅速崛起，不仅拓宽了钛合金结构件的应用领域边界，还极大地提升了其内在效能，并显著增强了整体结构的稳定性。综合考量国内外对钛合金增材制造技术的研究进展以及工业发展策略，未来钛合金增材制造技术势必将以绿色、经济、稳定与高效为发展方向，引领行业新纪元。
2）在探寻绿色发展路径的过程中，搅拌摩擦增材制造尚处于初期发展阶段，目前主要侧重于试验与研发。展望未来，此领域的一大研究重点将聚焦于多金属材料复合结构的增材制造，以期打造出具备特定结构和特殊性能的创新构件。
3）从可持续发展的视角出发，搅拌摩擦增材制造当前仍处于培育阶段，并集中于实验及理论研究。其未来发展的一个重要趋势，是探索多材质复合结构的增材制造技术，旨在通过此方式实现具有独特结构与性能的目标。
4）着眼绿色增长途径，搅拌摩擦增材制造目前正处于起步阶段，主要工作在于试验和基础研究。未来该领域的发展方向之一，将致力于开发多金属材料复合结构的增材制造工艺，以期构建拥有特定结构及专有特性的先进构件。
为了追求经济与体系的稳健增长，我们需深入探究电弧增材制造工艺中的波动控制机制，特别是在新颖复合材料电弧增材制造技术领域，着力于提升其稳定性的科学研究。
针对快速演进的趋势，在当前阶段，激光和电子束增材制造技术已展现出高度的成熟度。在此背景下，应深入探索激光增材制造的经济效益，从实际生产过程中的装配精度到工艺优化环节，以此为契机来降低生产成本，并为大范围生产钛合金增材制造结构件奠定坚实的基础。
