增材制造技術(shù)是制造業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化的重要組成內(nèi)容，而電弧增材技術(shù)在鋁合金成形中具有較好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。從金屬增材制造技術(shù)分類(lèi)、發(fā)展歷程、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)原理等方面，對(duì)比分析了不同增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與局限。特別介紹了以冷金屬過(guò)渡技術(shù)為代表的電弧增材技術(shù)，討論了電弧增材技術(shù)的自身優(yōu)勢(shì)與局限性，及其應(yīng)用于鋁合金結(jié)構(gòu)件一體化制造的優(yōu)勢(shì)。從成形工藝、氣孔缺陷、強(qiáng)韌化技術(shù)等多方面綜述了國(guó)內(nèi)外鋁合金電弧增材技術(shù)的研究發(fā)展，介紹了目前國(guó)內(nèi)外在鋁合金電弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要問(wèn)題，重點(diǎn)分析了鋁合金電弧增材制造樣品強(qiáng)韌化方法與效果，介紹了國(guó)內(nèi)外的相關(guān)優(yōu)秀案例。最后總結(jié)了未來(lái)鋁合金電弧增材制造技術(shù)需要著重解決的問(wèn)題與方向，包括原材料質(zhì)量問(wèn)題、幾何精度問(wèn)題、氣孔、熱裂紋和殘余應(yīng)力問(wèn)題、組織和力學(xué)性能問(wèn)題。

零件的制造方式經(jīng)歷了等材、減材到增材三個(gè)階段，增材制造技術(shù)的出現(xiàn)為傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展提供了新的途徑，增材制造技術(shù)（AdditiveManufac‐turing，AM）是自20世紀(jì)80年代末的快速成形技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種集材料、結(jié)構(gòu)、功能于一體的先進(jìn)數(shù)字化制造技術(shù)。增材制造技術(shù)是制造業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化的重要組成內(nèi)容，推動(dòng)了制造模式從單一形式大批量生產(chǎn)到小批量個(gè)性化定制的過(guò)渡轉(zhuǎn)變，在航空航天、太空打印、人體器官等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。

金屬增材制造技術(shù)被行業(yè)認(rèn)為是最具難度的前沿發(fā)展方向，也是最直接可服務(wù)于裝備制造業(yè)的成形技術(shù)。金屬增材制造可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造方法難以實(shí)現(xiàn)的高度復(fù)雜金屬構(gòu)件直接制造，如金屬假體、航空航天復(fù)雜結(jié)構(gòu)等的直接應(yīng)用。近30年來(lái)高校、科研院所、工業(yè)界的研究者們圍繞金屬增材制造所涉及的材料、工藝、過(guò)程模擬、應(yīng)力變形控制、缺陷分析及后處理等諸多方面開(kāi)展了大量研究。美國(guó)材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）委員會(huì)于2012年1月頒布了增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)用語(yǔ)ASTM F2792—12，將金屬增材制造技術(shù)分為粉末床熔融（Powder Bed Fusion，PBF）和直接能量沉積（Directed Energy Deposition，DED）兩大類(lèi)。后來(lái)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）與ASTM合作定制了ISO/ASTM52900：2015標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)使用ASTMF2792—12的術(shù)語(yǔ)，圖1詳細(xì)列出了典型金屬增材制造技術(shù)，PBF技術(shù)包括選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、電子束選區(qū)熔化（Electron Beam Melting，EBM）、直接激光燒結(jié)（Direct Metal Laser Sintering，DMLS）、選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS）四種。DED技術(shù)根據(jù)原材料不同分為同步送粉和同步送絲兩種方式，激光近凈成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）是最典型的同步送粉成形方式。同步送絲包括電子束熔絲沉積成形（Electron Beam Freeform Fabrication，EBFF）、激光熔絲增材制造（Laser Wire Additive Manufacturing，LWAM）和電弧增材制造（Wire and Arc Additive Manufacturing，WAAM）三種?；谡辰觿┑膰娚涑尚危˙inder Jetting，BJ）和超聲固相連接增材制造（Ultrasonic additive manufacturing，UAM）被認(rèn)為是間接金屬增材制造技術(shù)。

  金屬增材制造技術(shù)分類(lèi)

不同的金屬增材制造技術(shù)有著其自身獨(dú)有的特點(diǎn)?；赑BF原理的增材制造技術(shù)成形粉末尺寸小，激光或電子束能量源可以實(shí)現(xiàn)熔化和凝固過(guò)程的調(diào)控，從而保證高尺寸精度，但是制造周期長(zhǎng)、設(shè)備和材料成本高。與之相反，基于DED原理的送粉式增材制造技術(shù)，因其采用粉末為原料，需要特殊氣氛保護(hù)，粉末利用率低，設(shè)備成本昂貴，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件制造。基于DED原理的熔絲增材制造成形過(guò)程中具有大熔池和層厚的特點(diǎn)，可快速實(shí)現(xiàn)大尺寸構(gòu)件制造，但熔絲增材制造的成形件表面粗糙，需要后續(xù)機(jī)加工以保證表面質(zhì)量。

基于PBF和DED增材制造工藝的特點(diǎn)對(duì)比如表1所示。SLM最小壁厚可以達(dá)到80μm，最佳表面粗糙度可到Ra5以?xún)?nèi)。但該技術(shù)成形效率低，一般小于20cm3/h，設(shè)備成本昂貴，成形尺寸受加工設(shè)備限制，目前SLM設(shè)備最大成形體積小于0.1m3。EBM設(shè)備因成形倉(cāng)需真空環(huán)境，最大成形體積小于0.03m3，成形效率也小于80cm3/h。這兩種PBF設(shè)備只適用于小尺寸高度復(fù)雜構(gòu)件的制造，難以實(shí)現(xiàn)大尺寸金屬結(jié)構(gòu)的直接制造。LENS成形過(guò)程中隨著激光功率、光斑大小、掃描速度等工藝參數(shù)的變化，其最大成形效率可達(dá)300cm3/h，層厚可控制在40μm~1mm之間。與LENS技術(shù)相比，熔絲增材制造技術(shù)層厚可達(dá)毫米量級(jí)，成形效率高，可達(dá)2500cm3/h，設(shè)備成本低，材料利用率大于90%，適合制造大型中等復(fù)雜程度近終構(gòu)件的制造。工程應(yīng)用中增材制造技術(shù)的選用與零部件尺寸、復(fù)雜程度、性能、周期及成本都息息相關(guān)，相比傳統(tǒng)加工制造技術(shù)，目前大部分的金屬增材制造零部件都需要一定的后處理，包括熱處理、去毛刺、部分精加工。

隨著航空航天、國(guó)防領(lǐng)域的零部件向著高性能、低成本、長(zhǎng)壽命、輕量化方面發(fā)展，典型特構(gòu)件越來(lái)越多地采用整體結(jié)構(gòu)，零件趨于輕量一體化制造，這大大推動(dòng)了輕質(zhì)合金在這些領(lǐng)域的應(yīng)用。鈦合金和鋁合金是航空航天領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的輕質(zhì)合金，其制造技術(shù)也是衡量金屬增材制造技術(shù)水平優(yōu)劣的重要參考。鋁合金是目前全球應(yīng)用率僅次于鋼的金屬材料，鋁合金具有密度輕、彈性好、比剛度和比強(qiáng)度高、耐磨性和耐腐蝕性?xún)?yōu)、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)，因此鋁合金增材制造技術(shù)受到越來(lái)越多研究學(xué)者的關(guān)注。但是由于鋁合金具有較高的激光反射率和熱導(dǎo)率，合金化程度高，結(jié)晶范圍廣，氧化、球化現(xiàn)象嚴(yán)重，在激光和電子束增材成形過(guò)程存在熱裂傾向、元素?zé)龘p和蒸發(fā)，成形過(guò)程形成大量孔隙和夾雜，成形穩(wěn)定性和可重復(fù)性低的諸多問(wèn)題，限制了激光和電子束增材制造鋁合金的工程應(yīng)用。