3D打印技術(shù)又被稱為“快速成形技術(shù)”、“增 材制造技術(shù)”和“實體自由制造”等，其思想最早 在19世紀(jì)末出現(xiàn)于美國，并在20世紀(jì)80年代得 到應(yīng)用與發(fā)展，至今已有30多年 [1-2]。3D打印技術(shù) 基于離散-堆積原理，采用與減材制造技術(shù)相反的 加工方式（逐層累加），通過操作計算機使材料逐層 累加，最終得到立體實物的過程 [3-7]。相比于傳統(tǒng)的 減材制造技術(shù)，3D打印技術(shù)具有精度高、工藝簡 單、自由度高、節(jié)約原材料、節(jié)省時間等優(yōu)點，在航 空航天、工業(yè)、國防、醫(yī)療、汽車、電子等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 [8-9]。目前可用于3D打印的原料主 要有高分子材料（樹脂、塑料、橡膠等）、金屬材料 （鋁合金、鈦合金、不銹鋼等）和非金屬材料（陶瓷、石膏、 紙張等），其中高分子材料和非金屬材料3D打印技 術(shù)起步較早、研究較多，技術(shù)相對成熟 [8]。而金屬 材料3D打印技術(shù)則具備巨大的發(fā)展?jié)摿?，有專? 預(yù)測，在未來制造業(yè)中，金屬材料3D打印技術(shù)將會 逐漸占據(jù)整個快速成形制造領(lǐng)域的主導(dǎo)地位[10]。

鈦合金是一種重要的有色金屬，具有密度小、 比強度高，以及良好的耐腐蝕性能、高溫變形性能 和生物相容性等諸多優(yōu)點，在航空航天、工業(yè)、國 防、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 [1,11-12]。傳統(tǒng)的鍛造 和鑄造方法所制得的大型復(fù)雜的鈦合金構(gòu)件，由于 成本高、工藝復(fù)雜、材料利用率低以及后續(xù)加工困 難等不利影響，嚴重阻礙了其更為廣泛的應(yīng)用。而 3D打印技術(shù)采用與傳統(tǒng)的減材制造相反的加工方 法，有著極高的材料利用率，相比傳統(tǒng)的成形加工 方法有著極大的優(yōu)勢。目前對鈦合金3D打印的研 究主要集中在材料、設(shè)備、技術(shù)以及工藝方面，但 是對零件的成形過程中缺陷問題的研究還處于初 步階段。本文綜述了國內(nèi)外幾種常用的鈦合金3D打印技術(shù)，重點介紹了其在成形過程中缺陷的 分類、危害以及形成原因的研究現(xiàn)狀，并結(jié)合國內(nèi) 外的研究進展，對合金缺陷的改善方法進行探討， 對鈦合金3D打印的發(fā)展前景進行展望。

1、鈦合金3D打印技術(shù)分類

當(dāng)今，國內(nèi)外常用的鈦合金3D打印方法主要 有以下幾種。根據(jù)熱源不同可分為：以激光為熱源 的激光選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)（selectivelasersintering, SLS）、激光選區(qū)熔化成形技術(shù)（selectivelasermelting, SLM）和激光近凈成形技術(shù)（lasersolidforming, LSF）；以電子束為熱源的電子束選區(qū)熔化成形技術(shù) （electronbeamselectivemelting,EBSM）和電子束 熔絲沉積成形技術(shù)（electronbeamfusedeposition forming,EBF³）。

SLS技術(shù)基于激光粉末床，運用激光有選擇地 對粉末進行燒結(jié)，逐層疊加得到最終的實體零件。 具有材料利用率高、適用范圍廣、無需模具和支撐 結(jié)構(gòu)、可直接制造任意形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件等優(yōu)點； 但是由于燒結(jié)過程中粉末沒有完全熔化，且之間沒 有受到壓力，因此孔隙無法消除，最終得到的制件 性能與傳統(tǒng)制件相比仍有較大差距，存在殘余應(yīng)力 大、致密度低、強度低等缺陷 [10]。

LSF技術(shù)采用同步送粉方式，在激光作用下鈦 合金粉末開始熔化、凝固，逐層堆積，可實現(xiàn)鈦合金 零件直接制造。該技術(shù)具有低成本、周期短、無需 模具、材料利用率高等優(yōu)點，但成形精度低，屬 于“近凈成形”，需經(jīng)過后續(xù)加工才能得到最終的 制件 [9]。

在SLS技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的SLM技術(shù)所使 用的激光功率更大，整個加工進程都處于保護氛圍 的成形艙內(nèi)，金屬粉末完全熔化，成功彌補了 SLS技術(shù)只能成形低熔點金屬、孔隙大、力學(xué)性能 差等缺點 [13-14]；成形件的精度高和表面質(zhì)量好，無 需后續(xù)加工，屬于“凈成形”，但是可成形的尺寸 有限，且成本較高。

EBSM技術(shù)與SLM技術(shù)的成形原理基本相似， 主要區(qū)別在于EBSM技術(shù)采用能量更大的電子束 為熱源，整個成形過程均在真空環(huán)境中（≤10 –2Pa） 進行，能夠很好地防止空氣中其他有害雜質(zhì)C、N、 O等的影響。具有成形速率快、能量密度高、無反 射、聚焦方便、真空無污染、尺寸精度高、力學(xué)性能 好等優(yōu)點 [15-17]。

基于LSF技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)展起來的EBF 3技術(shù)，具 有成形效率快、無反射、材料和能量的利用率高、真 空無污染等優(yōu)點，適合大中型鈦合金零件的成形制 造修復(fù)。以絲材代替粉末為原料雖然避免了吹粉 問題，但是其成形精度差，需要后續(xù)表面處理 [18-19]。

表1為幾種常見的鈦合金3D打印技術(shù)比較。 綜合對比，EBSM技術(shù)是未來最具發(fā)展前景的鈦合 金3D打印技術(shù)，理由如下：（1）EBSM具有與 SLM技術(shù)相當(dāng)?shù)某尚尉取⒈砻尜|(zhì)量以及良好的 力學(xué)性能，而且也克服了SLM技術(shù)不能成形大尺 寸零件的缺點；（2）整個成形過程均在真空環(huán)境下 進行，有效防止成形過程中C、N、O元素對材料的 污染；（3）采用功率更大的電子束代替激光束，不但 加快成形效率，而且降低生產(chǎn)成本。

2、3D打印成形鈦合金構(gòu)件缺陷分析

采用3D打印技術(shù)制備鈦合金，成功克服了使 用傳統(tǒng)方法制備鈦合金結(jié)構(gòu)件時，所面臨的費用 高、材料浪費嚴重、加工工藝復(fù)雜，以及后續(xù)加工 困難等不利因素，但采用3D打印技術(shù)成形鈦合金 零件時，由于粉末/絲材特殊的加工性能，或者工藝 參數(shù)選擇不當(dāng)，工件容易出現(xiàn)球化、裂紋、孔隙以 及翹曲變形等缺陷。如圖1所示，嚴重影響鈦合金 的機械性能和成形精度，阻礙了鈦合金3D打印技 術(shù)的發(fā)展。另外，缺陷無損檢測是3D打印件能否 實現(xiàn)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是影響3D打印技術(shù)進一 步發(fā)展的決定因素。

目前，國內(nèi)外對3D打印件缺 陷進行無損檢測的方法主要有 [20-22]：滲透檢測、 X射線檢測、磁粉檢測和超聲檢測等。隨著3D打 印件向結(jié)構(gòu)大型化、復(fù)雜化和精細化方向發(fā)展，傳 統(tǒng)的無損檢測方法已經(jīng)不再適用于3D打印件的缺 陷檢測和分析，新型的無損檢測技術(shù)工業(yè)CT檢測 和激光超聲在線無損檢測相繼問世。Plessis等 [23] 采用CT技術(shù)檢測3D打印成形的復(fù)雜鈦合金結(jié)構(gòu) 件，成功檢出了孔隙率僅為0.005%的微孔隙，這在 采用常規(guī)無損檢測方法是幾乎不可能檢出的。國 內(nèi)一專利 [24]發(fā)明了激光超聲無損檢測技術(shù)，利用激 光激勵的超聲表面波幅的變化檢測3D打印過程中 產(chǎn)生的缺陷，實現(xiàn)制造過程同步對零件進行檢測。 表2列出幾種常見的無損檢測技術(shù)比較。

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，3D打印技術(shù)也在不停 地完善和發(fā)展，目前國內(nèi)外逐漸對這些缺陷形成的 原因、分類及其危害進行了大量的研究，以期使鈦 合金3D打印技術(shù)得到更為廣泛的應(yīng)用。

2.1球化現(xiàn)象

球化現(xiàn)象是3D打印金屬材料成形過程中常見 的一種缺陷，是指金屬粉末經(jīng)激光或電子束熔化 后，不能均勻地鋪展于前一層，而是產(chǎn)生大量相互 隔離的球狀金屬，這種現(xiàn)象被稱為球化現(xiàn)象 [25]。該 缺陷主要的危害有以下兩個方面：（1）導(dǎo)致金屬件 組織內(nèi)部存在孔隙，大大降低成形件的力學(xué)性能并 增加了表面粗糙度；（2）凝固后的金屬球又會使下 一層的鋪粉不均勻，且鋪粉輥又會與前一層所產(chǎn)生 的金屬球相互摩擦，不但會破壞成形件的表面質(zhì) 量，而且當(dāng)他們之間摩擦非常大時，鋪粉輥將無法 動彈，致使成形過程終止。

近年來，越來越多的學(xué)者對球化現(xiàn)象形成原因 進行了大量的研究，但各持不同的意見。其中“液 態(tài)金屬與固態(tài)表面的潤濕問題”的說法較為普遍 接受 [26]。球化根據(jù)尺寸不同可分為大尺寸球化和 小尺寸球化，對大尺寸球化的形成原因歸結(jié)于液- 固潤濕問題。圖2所示為液態(tài)金屬與固態(tài)金屬的 潤濕示意圖，當(dāng)熔融金屬液均勻鋪展時，潤濕角 θ<90°，固液金屬潤濕性良好，不會出現(xiàn)球化，當(dāng)金 屬液很難鋪展于固態(tài)表面時，θ>90°，固液金屬潤 濕性差，產(chǎn)生球化反應(yīng)。對于小尺寸球化的成因， 則認為是加工過程中發(fā)生液滴飛濺，在熔道或熔道 周圍凝固成金屬球，因為金屬液飛濺相對較少，所 以金屬球的尺寸也較小。Sallica等 [12]通過研究SLM 成形件Ti-6Al-4V的微觀組織，發(fā)現(xiàn)過高的激光功 率會減小熔融金屬的表面能，并導(dǎo)致球化現(xiàn)象的產(chǎn) 生。張曉博 [27]研究了加工環(huán)境對球化現(xiàn)象的影響， 認為成形氣氛中的氧元素容易與熔融金屬液發(fā)生 反應(yīng)，形成一層致密的氧化物薄膜，該薄膜并不利 于金屬液與固體基底潤濕、粘合，容易導(dǎo)致球化的 產(chǎn)生，且球化現(xiàn)象隨氧含量的增加，效果越明顯； 他還研究了工藝參數(shù)對球化現(xiàn)象的影響，認為激光 功率過高，會出現(xiàn)“飛濺”，導(dǎo)致熔道間的金屬球 大量出現(xiàn)，球化現(xiàn)象明顯；掃描速率過快，激光在粉 末上停留的時間較短，金屬液溫度低，流動性及潤 濕性差導(dǎo)致球化現(xiàn)象明顯。沈以赴等 [15]認為球化 是由于液相表面張力大、黏度高，或熔融粉末與未 熔化的粉末顆粒和基板未發(fā)生浸潤等的影響下產(chǎn) 生，進一步分析表明，激光快速成形過程中的氧氣 是導(dǎo)致球化的直接原因。Gusarov等 [28]借助Plateau- Rayleigh毛細不穩(wěn)定理論 [29]指出：球化現(xiàn)象與熔池 的幾何形狀密切相關(guān)，在二維層面上，熔池長度與 寬度的比值大于2.1時，容易出現(xiàn)球化現(xiàn)象。

2.2孔隙

孔隙是成形過程中的另一種重要缺陷，對于一 些高性能致密的鈦合金制件，由于孔隙的存在嚴重 降低了制件的力學(xué)性能和致密性，阻礙了鈦合金的 廣泛應(yīng)用。對于孔隙的成因研究報道較多，上面談 到的球化現(xiàn)象會引起制件的孔隙問題；裂紋也會導(dǎo) 致孔隙的形成，隨著裂紋尺寸的不斷變大，裂紋會 相遇連接，最后形成孔隙；另外粉末本身的缺陷也 會導(dǎo)致孔隙產(chǎn)生，在快速熔化和凝固過程中，空心 粉中含有的氣體來不及逃逸，從而在成形件中殘留 形成孔隙，此類孔隙形貌多為球形或類球形。

Gong等 [30]通過使用較大范圍的工藝參數(shù)成形 Ti-6Al-4V合金，根據(jù)孔隙率大小將工藝參數(shù)進行 分類，并對孔隙的產(chǎn)生機理進行了討論。薛雷等 [31] 分別采用未經(jīng)干燥處理和經(jīng)真空干燥處理的TC4 粉末對制件進行激光快速修復(fù)，認為修復(fù)過程中孔 隙的形成原因歸因于以下兩種：（1）粉末鋪放時吸 附了空氣中的其他雜質(zhì)氣體，在隨后的成形過程中 受到激光/電子束加熱、熔化后，又經(jīng)快速凝固得到 成形件，其組織內(nèi)部的氣體析出不及時，保留在成 形件中并形成孔隙；（2）粉末不夠干燥且存在水分， 在加熱熔融后，一部分在熔池表面附近的水分以水 蒸氣的形式蒸發(fā)逸出；遠離熔池表面的另一部分水 分，與（1）類似的情況，由于氣體來不及逸出，在制 件內(nèi)部產(chǎn)生氣孔。Zaeh等 [32]研究發(fā)現(xiàn)，使用高能量 密度的熱源加工時，容易造成受熱不均，當(dāng)某部分 熱量過高時，即使粉末還未引起球化現(xiàn)象，但仍會 形成孔洞，并且空洞在后續(xù)的加工過程中會變長。 Sallica等 [12]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光功率過低時，導(dǎo)致熔化 不完全從而引起孔隙，影響致密性。

2.3裂紋

裂紋是激光快速成形過程中影響極大的一種 缺陷。在成形過程中，由于熔體過冷度大、冷卻速 率快，在冷卻過程中應(yīng)力得不到釋放而保留在制件 內(nèi)，當(dāng)應(yīng)力集中超過材料屈服強度就會產(chǎn)生裂 紋 [27]。裂紋通?？煞譃槲⒂^裂紋和宏觀裂紋兩種， 其中成形件組織內(nèi)部的微觀裂紋一般是凝固裂紋， 歸類為熱裂紋；宏觀裂紋則大部分表現(xiàn)為層間裂 紋，屬于冷裂紋范疇。若制件中存在裂紋，將嚴重 影響制件的組織和力學(xué)性能。微裂紋尺寸相對較 小，會降低抗疲勞性能，縮短成形件的使用壽命；對 于粗裂紋而言，會影響零件的使用性能，甚至導(dǎo)致 零件直接報廢。

周旭等 [33]研究了近α鈦合金激光選區(qū)熔化成 形的開裂機理，得出如下結(jié)論：在殘余應(yīng)力作用下， 裂紋形成于側(cè)壁缺口，在沉積層上沿著硬脆化合物 擴大。張升等 [34]采用交替掃描策略制備出TC4合 金試樣，得出如下結(jié)論：SLM成形TC4合金過程中 裂紋主要為冷裂紋，具有典型的穿晶斷裂特征，并 指出是由于SLM成形過程中激光熔化金屬粉末受 熱不均，致使成形件組織內(nèi)部產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力， 另外殘余應(yīng)力的作用下馬氏體組織（抗裂強度低） 也會產(chǎn)生裂紋。Lukas等 [35]研究了工藝參數(shù)對SLM 技術(shù)的β型TNM-B1鈦鋁合金裂紋的成因，得出如 下結(jié)論：功率和掃描速率較低時，制件容易產(chǎn)生垂 直于熔池的裂紋，并認為在凝固過程中過快的冷卻 速率所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是導(dǎo)致開裂的主要原因。 西北工業(yè)大學(xué)的張鳳英等 [36]持相同的看法，也認為 是工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，造成SLM制件內(nèi)部粉末熔 合不良，導(dǎo)致制件發(fā)生開裂。劉延輝等 [37]研究了激 光3D打印TC4鈦合金根部裂紋產(chǎn)生的原因，微觀 組織如圖3所示，認為TC4鈦合金出現(xiàn)裂紋的根本 原因是根部存在組織缺陷、過大的殘余應(yīng)力、性能 分布不均以及預(yù)熱溫度不足等共同導(dǎo)致的。劉彥 濤等 [38]研究功能梯度材料TA15+Ti2AlNb合金激 光熔融沉積成形時發(fā)現(xiàn)，激光熔化沉積技術(shù)所制備 異種材料的界面為冶金結(jié)合，異種材料結(jié)合界面會 形成過渡區(qū)，過渡區(qū)通常是梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán) 節(jié)，容易產(chǎn)生裂紋，此裂紋具有沿界面斷裂的特征， 他們認為裂紋形成的原因是異種材料界面過渡區(qū) 通常會有對性能不利的第二相析出，導(dǎo)致材料易沿 界面斷裂。

2.4翹曲變形

翹曲變形是基于粉末床3D打印成形技術(shù)的又 一個難題，經(jīng)常出現(xiàn)在懸伸無支撐部分，其形成的 最根本原因是移動的激光點或電子束熱源對粉末 床的不均勻加熱，形成大的溫度梯度，導(dǎo)致材料體 系收縮的不一致，主要是熔固收縮和溫致收縮 [39,49]。 其中溫致收縮是指成形件在打印完成后，冷卻至常 溫的過程中所產(chǎn)生的收縮，與材料本身的收縮率有 關(guān)，對產(chǎn)生翹曲變形作用較小；熔固收縮是由于粉 末經(jīng)激光/電子束熔融后，經(jīng)常產(chǎn)生的一種行為。主 要是因為成形過程中，粉末經(jīng)加熱后從熔融狀態(tài)轉(zhuǎn) 變?yōu)楣虘B(tài)，溫差變化較大，故熔固收縮相當(dāng)嚴重 [39,43]。 翹曲變形對成形件的尺寸大小、成形精度、形位誤 差等的影響很大，甚至?xí)乐赜绊懞罄m(xù)加工。

國內(nèi)外針對鈦合金翹曲變形的研究較少。吳 偉輝等 [40]對成形過程中造成翹曲變形的成因進行 了研究，翹曲變形示意圖如圖4所示，可以看出激 光作用的當(dāng)前層(i)層，受到高溫的作用處于塑性 狀態(tài)，在凝固過程中過快的冷卻速率，導(dǎo)致收縮變 形；第(i–1)層溫度略低于第i層的溫度，此時塑性 較差或處于彈性狀態(tài)，在冷卻過程中，其收縮變形 小于第(i)層的變形量，但是在第(i)層嚴重翹曲變 形的作用下，第(i–1)層也會發(fā)生大幅度的向上翹 曲變形。同理第(i–2)、(i–3)層也有相同的影響，只 是距離(i)層越遠，對應(yīng)層的收縮量越小，當(dāng)距離(i) 層到達一定距離時，對應(yīng)的層已不發(fā)生收縮變形，翹 曲變形終止。齊海波等 [41]采用電子束選區(qū)熔化成形 TC4鈦合金成形件，認為掃描路徑對成形件溫度分 布的影響，導(dǎo)致熱應(yīng)力分布不均勻是翹曲變形產(chǎn)生 的主要原因。楊立寧等 [42]通過建立數(shù)值分析模型， 研究了在不同掃描路徑和堆積速率下，所對應(yīng)的熱 應(yīng)力場分布和變化行為，以及它們對制件翹曲變形 的影響。李守衛(wèi)等 [43]分析了SLS技術(shù)成形過程中 的溫度場與熱應(yīng)力場對翹曲變形的影響機理。

3、鈦合金3D打印成形工藝優(yōu)化

針對上述各種常見的合金缺陷，國內(nèi)外學(xué)者運 用不同的原理，采用不同的工藝優(yōu)化方法對合金缺 陷的抑制進行了探究。其中研究較多的方法主要 有：對粉末進行預(yù)熱、優(yōu)化工藝參數(shù)或者對制件進 行后續(xù)熱處理等，都可以相應(yīng)地改善合金的缺陷， 提高合金的組織性能。

3.1 3D打印工藝優(yōu)化

使用不同的成形技術(shù)，加工不同的材料，其最 優(yōu)的工藝參數(shù)各不相同，合理的設(shè)置工藝參數(shù)（激 光功率、掃描速率、掃描間距、掃描策略、層厚、預(yù) 熱溫度以及成形氣氛等）能夠明顯減小球化、孔 隙、裂紋以及翹曲變形等缺陷。 Fischer等 [44]基于SLS技術(shù)使用高能量密度的 激光（Nd:YAG激光），對工業(yè)純Ti進行了激光成 形。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：制件的球化現(xiàn)象明顯得到改善，且 成形件的孔隙率也得到提高。Cormier等 [45]認為采 用預(yù)熱增加粉末黏度，將待熔化粉末加熱到一定的 溫度，可有效減少球化現(xiàn)象。張永志等 [46]研究發(fā) 現(xiàn)，通過對基板進行預(yù)熱可降低熔池的凝固速率與 成形過程中的溫度梯度，減小SLM成形合金中的 裂紋數(shù)量，但無法完全消除裂紋。梁曉康等 [47]采 用SLM成形技術(shù)制備TC4鈦合金試樣，研究了工 藝參數(shù)對殘余應(yīng)力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：掃描策略對 表面殘余應(yīng)力分布有一定的影響，當(dāng)線能量密度一 定時，隨著填充間距的增加，成形層表面殘余應(yīng)力 有減小的趨勢。周旭等 [33]研究了近α鈦合金激光 選區(qū)熔化成形開裂機理及抑制研究，發(fā)現(xiàn)對工藝進 行優(yōu)化，可減小組織內(nèi)部的殘余應(yīng)力，從而可有效 抑制裂紋的產(chǎn)生；另外還研究了預(yù)熱溫度對裂紋抑 制的影響，發(fā)現(xiàn)裂紋的數(shù)量隨著預(yù)熱溫度的提高逐 漸減少，在預(yù)熱溫度提高到350℃時，裂紋幾乎完 全消失。陳靜等 [48]研究了TC4鈦合金的激光快速 成形，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氧含量嚴重影響成形件的工藝、表 面質(zhì)量和開裂行為，當(dāng)保證氧含量低于0.02%（質(zhì) 量分數(shù)）時，得到的TC4薄板試樣表面質(zhì)量良好且 沒有孔隙、裂紋等缺陷。傅蔡安等 [49]研究了掃描路 徑對選擇性激光燒結(jié)工藝成形件的翹曲變形的影 響，得出如下結(jié)論：優(yōu)化了掃描路徑不僅大大降低翹 曲變形量，而且大大縮短加工時間提高加工效率。

3.2后處理工藝優(yōu)化

鈦合金3D打印制件的后處理工序主要有退 火、熱等靜壓、固溶時效、拋光、滲碳等，其中退火 的主要目的是減小零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，熱等靜壓 則可以減少組織內(nèi)部的孔隙。湯慧萍等 [50]在粉末 床預(yù)熱的基礎(chǔ)上，結(jié)合隨行熱處理工藝 [51]，也就是 在每完成一層粉末熔化掃描后，再經(jīng)快速掃描實現(xiàn) 緩冷保溫，從而通過塑性及蠕變使應(yīng)力松弛，防止 應(yīng)力應(yīng)變累計，達到減小變形、抑制零件開裂、降 低殘余應(yīng)力水平的目的。張霜銀等 [52]利用小孔釋 放法對TC4鈦合金（LENS技術(shù)成形）沉積態(tài)和熱 處理后的殘余應(yīng)力進行研究，結(jié)果表明，經(jīng)熱處理 后，成形件的殘余應(yīng)力降低顯著，且分布均勻。 Terner等 [53]認為金屬粉末在制備過程中所存在的 氬氣泡，在隨后的成形過程中會導(dǎo)致孔隙的產(chǎn)生， 它一般呈細小球狀，再經(jīng)熱等靜壓處理后，孔隙會 再次減小，但不影響材料的力學(xué)性能。

4、鈦合金3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢

鈦合金3D打印技術(shù)作為一項前沿的制造技 術(shù)，集設(shè)計、制造于一體，近年來引起各界廣泛關(guān) 注，并在航空航天、國防軍事、生物醫(yī)學(xué)、汽車高鐵 等高精尖領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景，但是，相較 于傳統(tǒng)制造技術(shù)起步較晚，發(fā)展歷史僅30年左右， 與世界先進國家比較還存在很大的差距，比如：鈦 合金零件的成形效率低、精度還未能達到高精水 平、設(shè)備和材料的制備成本高，以及仍未實現(xiàn)大規(guī) 模的工業(yè)、商業(yè)應(yīng)用等問題，特別是成形件缺陷的 抑制問題。目前我國對零件的成形過程中存在的 缺陷問題，球化、裂紋、孔隙、翹曲變形等的研究還 處于初步階段，仍有大量的研究工作急需進行。將 來鈦合金3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢如下：

（1）在材料方面，研制開發(fā)新型的球形鈦合金 粉末的生產(chǎn)設(shè)備和制備工藝，提高鈦合金粉末的質(zhì) 量（粒度、球形度、流動性、夾雜氣體等），進而改善 制件的組織和力學(xué)性能。此外，通過提高粉末的收 得率和粉末的回收再利用來降低成本。

（2）在設(shè)備方面，一方面應(yīng)提高設(shè)備的成形效率、 成形精度，以及降低成本等；另外，還要研發(fā)大型的 工業(yè)級打印設(shè)備，逐步實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

（3）在檢測方面，伴隨3D打印件向大型化、復(fù) 雜化和精密化方向發(fā)展，很多傳統(tǒng)的無損檢測方法 存在盲區(qū)，需要開發(fā)新型的無損檢測技術(shù)；通過對 組織、缺陷實時監(jiān)控的在線檢測技術(shù)是未來重點的 研究方向之一；另外，建立和完善無損檢測標(biāo)準(zhǔn)， 是3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用的依據(jù)。

（4）在工藝方面，進一步優(yōu)化3D打印技術(shù)的 工藝，抑制成形過程中的缺陷，提高成形件的力學(xué) 性能。成形過程中零件內(nèi)應(yīng)力演變規(guī)律、變形開裂 行為以及缺陷產(chǎn)生機理等關(guān)鍵問題，仍然是未來需 要重點研究的問題。

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