空心涡轮叶片是燃气轮机热端的关键零部件，其结构十分复杂，制造难度极大。陶瓷型芯型壳是用于涡轮叶片铸造的重要部件，随着燃气轮机的热端工作温度逐渐升高，所需要的叶片结构也更加精细，传统的精密铸造工艺已经无法满足叶片快速升级换代的需求。激光增材制造技术无需模具，可以加速新产品的研发，缩短制造周期，满足个性化需求。目前可用于型芯型壳制造的激光增材制造技术主要有激光选区烧结和立体光刻两大类。主要介绍了这两大类激光增材制造技术在陶瓷型芯型壳制备方面的应用，从材料配方、素坯成形、后处理烧结等多个方面综述了当前国内外的最新研究进展，探讨了两类技术各自的优势、目前存在的问题以及未来发展的趋势。

为了研究选区激光熔化（SLM）工艺参数对AlSi10Mg成形性能的影响，在不同激光功率下成形了AlSi10Mg试样，采用扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、纳米压痕仪表征了AlSi10Mg试样的熔覆道、缺陷、相组成、组织、力学性能、断口形貌等。结果表明，在350 W激光功率下成形试样的致密度最大（为99.3%），孔洞缺陷最少，熔覆道搭接效果最好，细晶区的晶粒最细小，试样的综合力学性能最好：显微硬度为2.338 GPa，抗拉强度为371.9 MPa，延伸率为12.67%。

铜及其合金因具有优良的导热性能而被应用于模具制造业, 而激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术能够有效成形高性能复杂结构模具。目前采用SLM成形铜及其合金的研究较少, 系统地研究了SLM成形纯铜的工艺参数, 获得了最优工艺窗口下成形的纯铜块体的显微形貌、物相及其机械性能等。在激光功率360 W、扫描速度600 mm/s的最佳参数组合下, 得到了致密度接近88%的纯铜试样, 其表面和侧面的维氏硬度分别为42.9±6.8、32.8±4.5 HV, 试样的平均抗拉强度和延伸率分别为95.0±24.2 MPa、8.9±3.8%。该研究为SLM成形纯铜应用于工业尤其是模具制造业提供了理论与工艺借鉴。

基于激光选区熔化(SLM)工艺制备了一种具有高致密度、高强度和高硬度的Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti形状记忆合金试样。对试样的微观组织进行分析表征,并研究了其在室温和300 ℃下的拉伸性能。结果表明:当激光能量密度约为110 J·mm ^-3时,试样的相对密度最大,超过99.5%;试样微观组织中平行延伸的板条状马氏体横跨熔化道生长,晶粒平均尺寸约为43 μm,与铸造试样相比,晶粒得到明显细化;试样在常温下的抗拉强度为(541±26) MPa,断后伸长率为(7.63±0.39)%;在300 ℃下的抗拉强度提高至(611±9) MPa,断后伸长率提高至(10.78±1.87)%,该合金在高温领域具有一定的应用潜力。

利用激光选区熔化(SLM)工艺成形TiB₂/S136复合材料,研究了激光体能量密度η对SLM成形试样致密度、微观组织及力学性能的影响。采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜等研究成形试样物相成分、表面形貌及微观组织。结果表明:当η过低时,粉末熔化不完全,形成大量残余孔隙;而当η过高时,受热应力影响,成形试样存在微裂纹。当η=66.7 J/mm ³时,成形试样表面缺陷少,致密度高达97.3%,存在细化的、分布均匀的等轴晶,其平均显微硬度高达742.4 HV0.1,平均摩擦系数和磨损率分别为0.5593和0.272×10 ^-4 mm ³·N ^-1·m ^-1,耐磨性能优异,抗拉强度达到1051.3 MPa,延伸率为5.84%,塑性较好。因此,SLM成形TiB₂/S136复合材料的最佳η为66.7 J/mm ³,η过高或过低,均会严重影响TiB₂/S136复合材料的致密度及力学性能,该研究为SLM成形高性能模具钢材料提供了有益的理论和工艺借鉴。

采用激光选区熔化技术成形了不同粒径的S136模具钢, 研究了粉末粒径对成形件相组成、组织、磨损性能和抗腐蚀性能的影响。结果表明, 粉末平均粒径为22.8 μm的成形件基本无孔隙, 摩擦系数和磨损率较小, 耐腐蚀性能最佳, 腐蚀失重为31.51×10-4 g·mm-2。粉末平均粒径过小时成形件易产生裂纹, 而过大时易产生孔隙。

激光选区熔化(SLM)能够实现由粉末到零件的自由制造,成形件尺寸精度高、表面粗糙度低,特别适合具有复杂结构的模具的成形。重点介绍了SLM成形模具钢的研究现状、成形材料、工艺特点、组织演变和性能优化等,并简要介绍了其应用现状,如随形冷却流道的应用案例等。总结了现阶段SLM成形模具钢存在的问题,并对其未来的研究方向进行了展望与探讨。

采用激光选区熔化技术制备了不同Cr含量的S136模具钢试样, 研究分析了Cr含量对成形试样组织和性能的影响。结果表明, Cr的添加使试样中孔洞、裂纹等缺陷的数量增大, 致密度减小; 随着Cr含量的增大, 试样中马氏体含量先减小后增大; Cr能够细化晶粒, Cr的含量越大, 试样的组织越细小, 但硬度越小; Cr的添加使试样表面生成了致密的钝化膜, 增强了试样的耐腐蚀性能, 但当Cr的含量较大时, 裂纹数量的增加使得试样的耐腐蚀性能减弱。

为了设计可用于大幅面扫描的3维激光振镜扫描系统,深入研究了3维激光振镜扫描系统的动态响应性能及控制算法、校正算法,采用具有高响应性能的伺服机构作为系统的执行机构,合理地规划扫描路径以及扫描延时参量,设计了对扫描图形进行精确校正的扫描校正模型,开发出了一套能实现大幅面精确扫描的3维激光振镜扫描系统。该3维激光振镜扫描系统经过长期实验验证,运行稳定,其扫描重复定位精度不大于30μm,扫描精度可达100mm±0.1mm。结果表明,该3维激光振镜扫描系统在需要进行大幅面精确激光扫描行业中有重要应用价值。