金属材料叠加制造技术是一种逐层结合材料的加工方式，具有一定先进性。这种加工技术与传统加工方法不同，如可以自主选择离散材料，并按照需求进行结合，从而达到加工生产的目的。但为了更好地使用该技术，有关施工生产单位还应加强该技术方法的研究，了解生产技术中的重点，以能够更好地生产制造，使企业获得更多经济效益，推动企业的进步，促进社会的发展。
1.叠加制造技术的主要方法
1.1选择性激光熔化(SLM)技术
SLM是一种激光逐层熔化金属粉末的材料叠加制造技术。每一层金属粉末按截面形状在激光束的热作用下完全熔化，经冷却凝固，最终与前一凝固层融合。该技术的工艺过程与选择性粉末烧结(SLS)类似，只是在SLS过程中，非金属材料用较低的激光能量便可实现烧结，无需给零件添加辅助支撑结构。但在SLM过程中，金属粉末的预热温度很低，主要依靠激光的高能量熔化金属粉末。所以，材料在冷却过程中会出现很大的残余应力和变形。因此，需要使用支撑结构将零件固定在金属底板上。成形后，进行热处理去除应力，并去除支撑结构。目前，基于SLM技术推出商品化设备的公司包括德国的EOS GmbH、Concept Laser GmbH、3D-Micromac AG、SLM Solutions GmbH，美国的Ren-ishaw Inc及法国的Phenix Systems。虽然每个公司的设备各有特点，技术名称也略有差别，但叠加制造的基本原理都是类似的。
1.2电子束熔融(EBM)技术
EBM是一种采用高能电子束逐层熔化金属粉末的叠加制造技术。EBM与SLM的叠加制造过程大致相同，但整个过程在真空环境下进行。金属粉末首先被电子束预热，在整个熔化和固化过程中，零件的残余应力和热变形很小。所以，零件无需支撑或只需少量支撑结构即可进行加工。电子束聚焦系统的扫描速度很快，与SLM技术相比，加工效率更高，但零件的表面质量一般。
1.3激光工程化净成形(LENSTM)技术
LENSTM是一种将金属粉末喷射到高能激光照射基板后形成熔池继而熔化固化的叠加制造技术，由美国Sandia National Laboratories最早提出。喷射管道与激光头通常做一体化设计，对称分布在激光头的四周，其轴线的交点同时也是激光束的焦点，这样可保证金属粉末伴随着保护气体喷射到熔池中。目前，三轴LENSTM系统主要通过工作台的水平运动和激光头的垂直运动实现，而五轴LENSTM系统则通过激光头在3个方向的直线运动和工作台在2个方向的旋转运动实现。
2.叠加制造技术在工具制造中的应用
2.1随形冷却水道加工
结合传统金属加工工艺可知，模具的冷却水道只能加工成简单的直孔，这种水道虽然能够辅助模具生产，但不适用于复杂金属结构的加工。复杂金属结构加工中，对模具型腔要求较高，当型腔结构复杂时，直孔水道的冷却效果较差。随形冷却可以根据型腔结构的复杂性，根据型腔表面轮廓的变化而变化，达到最佳的冷却效果，进而提升金属加工生产效率，改善产品质量。叠加制造技术的应用过程中，可以有机结合随形冷却水道的应用，实现生产加工工艺的收益的最大化。例如，某公司的生产制造中，采用了回转形冷却水道，通过常规冷却水道模具加工出零件比较，使该加工件的尺寸、精度都大为提升。
2.2模具加工成形
金属构件的模具加工过程中，采用传统加工方法能够实现复杂模具的加工，但存在成本投入高、周期长的现象。但对于叠加制造技术而言，适用于复杂金属模具件的加工，即使模具具有一定复杂性，也可以一次加工完成。如结合选择性激光熔化（ＳＬＭ）技术的应用，可以良好地加工具有复杂形状的注塑模具。
2.3工具材料的改进
叠加制造技术可以对异性或非匀质材料进行加工应用，如加工过程中，通过对调配料的组成比例进行控制，利用不同材料的之间的各异性，进行复合材料或梯度材料的加工。基于这种加工技术的应用，可以更灵活地生产金属构件，使金属材料的加工形式多样化。例如，在叠加工艺中，基于预先准备好的金属粉末，可以在加工前，给予科学合理的混合、配置，在进行加工，结合这种工艺方式进行生产加工金属元件，可以实现功能梯度材料的加工生产。
2.4工具修复和表面涂覆
针对形状复杂或使用难加工的材料而言，一旦出现破损、腐蚀等情况，修复工作往往具有一定困难性，甚至无法修复。基于这种情况，可以结合金属叠加技术的应用，利用金属粉末进行修复，与此同时，修复过程并不会受到工具表面性质和材料特性的影响。另外，结合现代化零件加工工作平台的特点可知，设置了沿Y和Z两个方向的转轴，这使得加工工具的精度更高，加工过程更灵活。
3.金属材料叠加制造技术的优势
金属材料叠加制造技术在工具制造领域的潜在应用能力，取决于它在复杂几何形状加工、多种材料复合加工及成本效率方面的优势。
3.1复杂几何形状加工
叠加制造技术最具代表性的特点之一就是它能制造形状极为复杂的工具，工具几何形状的复杂程；度几乎不会对工具的生产制造产生任何影响，这是传统加工方法难以做到的。举例来说，使用传统方法加工内部带有螺旋线形状通道的工具是难以进行的，但对基于层叠累积的加工过程来说，加工类似工具只不过是在每一层的烧结或熔化过程中留出一个圆形未加工区域，逐层累积并去除未加工材料便会形成螺旋线形状的通道。
3.2多种材料复合加工
通常来讲，功能决定着工具材料的选择。然而对于某些具有特殊功能的工具，单一材料往往不能满足要求。比如一些要求具有很强的耐磨耐腐蚀特性的工具表面，且工具内部又需要一定的延展性。传统上使用表面热处理的方法可加工这类工具，但硬化层的厚度和微观组织结构往往难以控制。而使用叠加制造的方法不但可通过改变加工参数的策略使同种材料具有功能梯度的变化，还能复合多种材料于一体，使工具具有更好的机械性能。
3.3成本和效率
传统工具制造方法多为切削加工，工具从毛坯到最后成形往往需要多道工序，工序间的转移运输同样需要花费较多时间。对于小批量生产的工具，其总加工时间就会很长。但对于叠加制造技术来讲，绝大多数的加工过程都是在一台机床上一次加工完成的，几乎没有不同工序间的转移运输。机床的操作者只需了解一些基本的使用方法和材料使用知识即可，对操作技术的要求较低，这在某种程度上也降低了对技术人员的依赖，降低了总成本。
4.结语
综上所述，随时时代的发展，金属元件的加工过程中，加工技术越来越多元化，与此同时，市场对加工工艺的要求越来越高。对此，有关生产企业的发展中，除了注重加工元件的生产品质外，还应加强有关加工技术的学习，尤其是一些具有明显优势的技术，加强学习、掌握要点，并积极引用，势必利于企业更好、更快地发展。但在实际应用相关技术时，还应不断总结经验，进行改进、优化相关工艺，以真正促进企业的健康发展。
参考文献
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