铝合金，以其低密度、高比强度和比刚度、出色的塑形以及卓越的导电、导热和抗腐蚀性能，成为了实现结构轻量化的理想选择。它在航空航天、交通运输、船舶舰艇等多个领域都有着广阔的应用前景和研究价值。随着产品技术水平的不断提升和研制周期的日益缩短，对制造复杂精密铝合金构件的需求也日益迫切。这不仅要求制造技术高效且迅速，还需要具备根据装备设计变化快速响应的能力，以及对复杂精密构件生产的灵活适应性。

面对这一挑战，3D打印技术，或称增材制造，应运而生。这种技术通过CAD设计数据，采用材料逐层累加的方式制造实体零件，广泛应用于航空航天、生物医学、轨道交通等多个行业。其特点在于单件或小批量的快速制造，通过层层构建实体零件，不仅增加了设计的自由度和制造的灵活性，还实现了产品的复杂几何图形定制，从而缩短了市场时间，打破了传统的规模限制。

目前，国内外针对铝合金增材制造技术的工艺方法多种多样，包括激光增材制造技术（LAM）、电弧增材制造技术（WAAM）、电子束增材制造技术（EBAM）、超声波增材制造技术（UAM）以及搅拌摩擦焊增材制造技术（FSAM）。接下来，本文将对这五种不同的工艺特点进行简要的介绍。
激光增材制造技术，以激光为热源，展现出高成形精度、少内部缺陷以及优越的力学性能。在铝合金的增材制造过程中，通常选用铝合金粉末作为原料。然而，粉末间隙的不确定性会影响成形件的致密度，同时，由于大多数铝合金对激光的反射率较高，导致激光利用率受限，目前该技术主要适用于铸造铝合金或焊接性优良的铝合金。根据成形原理，铝合金的激光增材制造技术可分为两类：一类是同步金属粉末送给的激光金属直接成形（LMDF）技术；另一类是以粉床铺粉为技术特色的激光选区熔化（SLM）技术。

激光选区熔化（SLM）技术，以其独特的粉床铺粉方式，为铝合金的激光增材制造提供了另一种选择。通过该技术，可以逐层熔化预先铺好的铝合金粉末，进而构建出所需的成形件。

铝合金电弧增材制造技术

电弧增材制造技术是一种通过同步熔丝逐层累加来进行增材制造的方法。由于其焊接电弧的特性，这种技术特别适用于制造大型且结构复杂的零件，且材料利用率高、设备成本相对较低。然而，由于热输入量较大，其成形件的表面质量和精度往往较差，需要额外的后续加工。未来，针对铝合金的电弧增材制造技术，研究重点将放在如何降低热输入量、提高成形质量和精度上。

铝合金电子束增材制造技术

铝合金电子束增材制造技术主要包含两种技术路径：电子束选区熔化技术（Electron Beam Selective Melting，EBSM）与电子束熔丝增材制造技术（Electron Beam Freeform Fabrication，EBFF）。在EBSM工艺中，金属粉末在真空环境下被高速扫描的电子束加热并逐层熔化叠加，从而制造出金属零件。然而，该技术面临金属粉末材料制备成本高、易受污染、利用率低、清理困难以及难以制造大尺寸零件等挑战。

电子束选区熔化技术（Electron Beam Selective Melting，EBSM）是铝合金电子束增材制造中的一种关键技术。在这一工艺中，金属粉末在真空环境中被高速扫描的电子束精准加热并逐层熔化，从而实现对金属零件的逐层制造。然而，该技术同样面临金属粉末材料制备成本高、易受污染、利用率低以及难以制造大尺寸零件等共同挑战。

电子束熔丝增材制造技术

另一方面，电子束熔丝增材制造技术（Electron Beam Freeform Fabrication，EBFF）则通过高能电子束对同步送进的丝材进行熔化，依据CAD模型的特定加工路径进行分层制造。这一技术具有成形速度快、保护效果好、材料利用率高以及能量转换率高等显著优势。

铝合金超声波增材制造技术

铝合金超声波增材制造技术，通过大功率超声能量作用，利用铝合金层间振动摩擦产生的热量，促进金属原子在界面间的相互扩散，进而实现固态物理冶金结合的增材制造。此技术具备以下显著优势：

(1) 固态成形工艺，确保低温和低残余应力，从而增强结构稳定性。
(2) 制造过程中无焊渣、废液或有害气体产生，原材料易得且成本经济。
(3) 不需高温环境，有效防止合金元素挥发，并保障连接性能。
(4) 超声波可击碎清除铝箔材表面的氧化膜，确保制造质量。
(5) 适用于梯度功能材料的制备，满足复杂零件的制造需求。

铝合金搅拌摩擦焊增材制造技术

搅拌摩擦焊增材制造技术，作为一种基于搅拌摩擦焊的新型增材方法，近年来备受关注。该技术通过将高速旋转的搅拌头深入铝合金板材，并沿预设路径以特定速度移动，从而在搅拌头与板材的摩擦界面产生热量。这些热量使铝合金板材达到塑化软化的状态，随后，在搅拌头的旋转作用下，塑化的金属被推动并填充搅拌针后方的空腔，形成一层新的增材区域。这一过程不断重复，直至达到所需的增材高度。

此技术具有诸多优势，如热影响区微观组织变化小、残余应力低、抗变形能力强，且无需去除氧化膜和保护气体，从而大大降低了成本。

增材制造技术作为一种新兴的制造工艺，在军用和民用领域均展现出广阔的应用前景。其显著优势包括复杂精密成形与轻量化设计，为多个行业带来了革命性的变化。当前，该领域的主要发展方向集中在三个方面：

首先，不断探索铝合金增材制造的新方法，深入理解“工艺—组织—性能”之间的内在联系。同时，揭示铝合金增材制造构件应力的形成机理，寻找有效控制残余应力的方法，从而为大型复杂铝合金构件的制造提供有力支持。

其次，揭示铝合金增材制造过程中的微熔池传质、非平衡凝固及冷却的物理冶金机理和相变行为。通过实验与数值模拟的结合，实现对微观组织的精准控制，以及温度场分布的预测与优化。

最后，致力于开发增材制造与铣削加工一体化的先进设备，提高铝合金增材制造构件的成形精度。通过工艺优化和设备升级，彻底消除气孔缺陷，提升构件的致密度和综合力学性能。