1、引言

随着现代造作业的飞速发展，复杂结构零件在航空航天、汽车、机械、医疗器械等高端领域的需要日益攀升。此类零件往往拥有怪异的几何状态、精密的内部机关以及严苛的机能指标。传统加工工艺在造作复杂结构零件时露出出诸多短处，如加工难度大、资料利用率低、出产周期长且难以精准加工复杂内部结构。增材造作技术的诞生为复杂结构零件造作带来新机缘，其基于离散—堆积道理，可直接将数字模型转化为实体零件，具备高度的矫捷性与自由度，能实现复杂状态构建。然而，单一的增材造作或传统加工工艺难以满足高端复杂结构零件对精度、表表质量、力学机能等全方位的要求。在此布景下，增材造作与传统加工复合工艺应运而生。该复合工艺有机融合增材造作与传统加工的优势，形成优势互补，既能阐扬增材造作在复杂状态构建上的专长，又能借助传统加工保险精杜纂表表质量，从而有望攻规复杂结构零件造作难题，实现高质量、高效能、低成本的出产指标[1]。本钻研将全面深刻地探索这一复合工艺在复杂结构零件造作中的利用与优化蹊径，助力造作业攻克高端复杂结构零件造作难关，推动产业升级。

2、增材造作与传统加工复合工艺概述

2.1增材造作工艺

增材造作，即3D打印，涵盖选择性激光溶解（SLM）、电子束熔丝沉积（EBM）、熔融沉积成型（FDM）、立体光刻（SLA）等多种工艺。以SLM为例，其利用激光逐层溶解金属粉末，出格合用于航空航天高端领域，可造作高精度、优良力学机能的金属零件。FDM则因成本低、操作轻便，在原型造作及非金属零件造作中宽泛利用[2]。增材造作的优势在于急剧响应复杂状态造作需要，无需专用设备，缩短产品开发周期，但在精度、表表粗糙度、内部缺点节造及资料机能一致性方面存在不及。

2.2传统加工工艺

传统加工工艺以切削加工、铸造、铸造为代表。切削加工依附刀具与工件相对活动去除资料，实现高精度和优质表表质量，在大规模出产及精加工环节占据主导。铸造通过浇注液态金属成型，铸造借助压力使金属塑性变形。这些工艺技术成熟，但在面对复杂结构零件时，存在加工难度大、资料浪费、模具成本高以及内部结构加工难题等问题。

2.3复合工艺的形成与发展

为克服单一工艺局限，增材造作与传统加工复合工艺应运而生。早期利用多为增材造作实现主体结构后，利用传统加工进行部门精加工。随着技术演进，复合工艺大局日益丰硕，如在增材造作过程中嵌入传统加工建整，或借助一体化设备实现缜密集成。当前，该复合工艺发展迅猛，新工艺组合与利用案例不休涌现，吸引全球科研机构与企业投入研发，成为复杂结构零件造作领域的钻研热点。

3、增材造作与传统加工复合工艺在复杂结构零件造作中的利用

3.1工艺规划与设计

（1）分析零件结构特点与要求。复杂结构零件常蕴含薄壁、悬垂、微幼特点结构以及内部通路等关键部位，对尺寸精度、表表粗糙度、力学机能蹬仔严苛要求。以航空航天发起机叶片为例，其型面精度、前后缘敏感度及内部冷却通路的精杜纂表表质量至关沉要。在工艺规划前，需深刻分析零件CAD模型，精准鉴别这些关键部位及其机能指标，为后续工艺设计提供凭据。

（2）工艺分化与流程设计。凭据零件结构与机能要求，将造作过程分化为增材造作与传统加工阶段。对于难以通过增材造作直接达标的部位，如高精度共同孔、复杂螺纹等，铺排在增材造作后进行传统加工。同时，合理确定加工挨次、余量及工艺参数。例如，造作含复杂内部支持结构的机械零件时，先增材造作内部支持框架，预留加工余量，再通过铣削等传统加工获取精准表部状态与尺寸。

（3）工艺仿照与优化。借助CAPP与虚结构作技术仿照工艺流程，预测增材造作中的变形、缺点及传统加工中的切削力、刀具磨损等问题。凭据仿照了局优化工艺参数，如调整增材造作扫描蹊径、传统加工切削速杜纂进给量，加强工艺可行性与靠得住性，降低风险[3]。

3.2资料选择与适配

（1）增材造作资料个性与选择。增材造作资料须具备优良的可加工性，常见金属资料有钛合金、铝合金、不锈钢等，非金属资料蕴含塑料、树脂等。资料的粉末粒度散布、流动性、氧含量等参数对成形质量影响显著。钛合金因高强度、低密度、耐侵蚀性等特点，在航空航天领域用于造作复杂发起机部件[4]。选择时需关注粉末粒杜纂氧含量，预防铺粉不均与氧化缺点。

（2）传统加工对资料的影响与要求。传统加工对资料切削机能有特定要求，如硬度、韧性、热导率蹬装响切削力、刀具磨损与表表质量的问题。高硬度资料需降低切削速度并使用耐磨刀具。铸造时，资料的流动性和变形抗力是关键。复合工艺中，增材造作后的资料需适配传统加工，确保组织均匀性，预防后续加工中出现裂纹与变形。

（3）资料适配性钻研与改进
７⒄棺柿鲜逝湫宰暄，优化增材造作工艺参数以改善资料组织结构与机能，提升传统加工适配性。同时，索求传统加工中的表表处置与热处置步骤，提高资料加工机能与零件质量。例如，对增材造作金属零件进行固溶与时效处置，提高强杜纂韧性，改善切削加工机能。

3.3造作过程节造

（1）增材造作过程节造。增材造作的关键节造参数有激光功率、扫描速度、间距、层厚、铺粉厚度等，它们影响资料溶解凝固状态、零件密度、表表粗糙杜纂内部缺点。例如，激光功率过高致球化，过低则溶解不充分。需实时监测参数并关环节造，同时严格节造设备工作环境的温度、湿杜纂空气，如金属增材造作在惰性气体；は陆，预防资料氧化。

（2）传统加工过程节造。传统加工需沉点节造刀具选择与磨损监测、切削参数优化及加工精度赔偿。增材造作后的零件表表个性会影响传统加工，需合理选择刀具类型、材质与几何参数。通过切削参数优化，在保障效能的同时提高精杜纂表表质量。利用在线丈量与误差赔偿技术，实时赔偿尺寸误差，确保最终零件精度。

（3）过程衔接与协同节造。增材造作与传统加工的衔接极度沉要。增材造作后需处置支持结构与算帐粉末，确保后续加工顺利。保障两者坐标系统一致性，预防定位误差。在屡次转换的复杂工艺中，成立协同节造机造，共享加工信息，自动调整参数，提升造作过程自动化与质量不变性。

4、增材造作与传统加工复合工艺在复杂结构零件造作中的优化战术

4.1基于数值仿照的工艺优化

（1）增材造作数值仿照。数值仿照可仿照增材造作中的资料溶解、凝固、扰爪力散布等景象，预测零件变形与缺点。以选择性激光溶解为例，有限元仿照分析激光扫描参数对扰爪力与变形的影响，优化扫描蹊径战术，如交替、岛状扫描，削减热堆集，降低变形。同时，确定相宜工艺参数，削减内部缺点，提高零件致密性与力学机能。

（2）传统加工数值仿照。在传统加工中，数值仿照分析切削力、温度、刀具磨损与振动，预测分歧参数下零件精杜纂表表质量。以铣削为例，仿照分析切削速度、进给量与深度对表表粗糙杜纂精度的影响，优化参数组合，降低切削力与温度，削减刀具磨损与振动，提升加工效能与质量。

（3）多物理场耦合仿照与协同优化。复合工艺中，增材造作与传统加工相互影响，单一仿照难以全面反映造作过程。多物理场耦合仿照（热-力-流。┠芨吩げ饬慵变形与应力散布。例如，增材造作后的热处置与机械加工中，残存应力受热汗青与切削力等多成分影响。通过耦合仿照，协同优化增材造作与传统加工参数，提升零件整体造作质量。

4.2基于过程监控与反馈的优化

（1）增材造作过程监控与反馈。在增材造作中，利用光学、声学、温度传感器实时监测熔池状态、资料溶解凝固与表表质量，通过熔池光强与光谱信息判断溶解状态，预防未熔合与过熔缺点。凭据监控数据实时调整激光功率与扫描速度，实现关环节造；凳泳跫际跎枇慵表表，鉴别缺点与尺寸误差，反馈给传统加工工序，为后续赔偿与建改提供数据[5]。

（2）传统加工过程监控与反馈。传统加工中，通过切削力、声发射、振动传感器监测力变动、刀具磨损与加工不变性，如切削力异常预示刀具磨损或梗塞。据此调整切削参数或更换刀具，利用在线丈量设备检测零件尺寸与状态，与设计模型对比，反馈误差信息至节造系统，实现误差赔偿，提高精度。

（3）复合工艺过程集成监控与反馈优化系统。构建集成监控与反馈优化系统，融合增材造作与传统加工的监测数据，成立统一处置平台与反馈机造。利用数据挖掘与机械进建分析汗青与实时数据，成立工艺参数与质量映射模型，实时预测质量状态，自动调整参数，实现智能化优化节造，提升不变性与靠得住性，降低废品率，提高效益。

4.3基于多学科协同的优化

（1）资料科学与工艺优化协同。资料科学家与工艺工程师合作，钻研复合工艺中资料微观结构演变与机能

变动，开发适配的高机能资料。通过增长细化晶粒与合金元素，改善资料热处置与机械加工机能，使其更好适配传统加工。钻研残存应力散布与开释机造，优化工艺参数与热处置工艺，降低不利影响。

（2）机械工程与推算机科学协同；倒こ套暄腥嗽弊ㄒ桓春瞎ひ丈璞缚ⅰ⒕忍嵘肓鞒逃呕，推算

机科学家利用数值仿照、数据处置与人为智能技术为造作过程提供支持，如机械视觉鉴别表表缺点，数值仿照与优化算法辅助设备结构优化。

（3）节造科学与其他学科协同
＝谠炜蒲Ъ啥嘌Э瞥删，成立数学模型与先进节造算法，实现复合工艺

精确节造与优化；谀Ｐ驮げ饨谠焖惴，结合动力学模型与实时数据，动态优化工艺参数，确保造作过程最优运行。多学科协同突破壁垒，系统解决复合工艺优化难题，推动复杂结构零件造作技术发展。

5、实现语

本文系统钻研了增材造作与传统加工复合工艺在复杂结构零件造作中的利用与优化。通过论述复合工艺优势，分析其在工艺规划、资料选择、造作过程节造等方面的利用，并提出数值仿照、过程监控、多学科协同的优化步骤，得出以下结论：复合工艺融合增材造作与传统加工优势，有效解决复杂结构零件造作难题，提升造作质量与效能，降低成本。数值仿照为工艺参数优化提供理论凭据，过程监控与反馈实现造作过程实时调整与质量节造，多学科协同从系统层面整合伙源，全面提升复合工艺。这些成就对推动复杂结构零件造作技术发展、推进造作业转型升级意思沉大。

参考文件

[1]梁祖磊，孟岩松，赵嘉喜等.增材造作点阵结构设计,造备及机能钻研进展[J].中国有色金属学报，2025，35（01）：34~56

[2]吴应东，卢静，孙澄川等.冷喷涂增材造作技术利用钻研进展[J].表表技术，2024，53（16）：19~34

[3]王文海.复杂构件增减材造作智能化工艺规划步骤钻研[D].漯河：漯河理工大学，2023.

[4]武千业，吴玉娟，邓庆琛等.镁合金及其镁基资料增材造作技术钻研近况与瞻望[J].有色金属工程，2024，14（12）：63~82

[5]颜江涛，郑雪鹏，石张平等.金属增材造作检测技术与质量节造钻研进展[J].无损检测，2024，46（09）：90~100

作者简介：师耀堂，男，1985年1月生，汉族，山西汾西人，本科，副高（高级尝试师），钻研方向：机械造作。

（注，原文标题：增材造作与传统加工复合工艺在复杂结构零件造作中的利用与优化_师耀堂）

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