在当前的航空产业中，激光熔覆是一种理想的TC4合金部件修复和表面处理技术，在工艺方面具有优于传统金属修复技术的优势。本工作在功率2 kW下，通过不同的激光扫描速度，对合金试件表面进行激光熔覆修复加工，检测分析修复后表面的金相组织变化、电化学腐蚀性能和力学性能变化。结果表明：在激光修复过程中发生了显著的显微形貌变化；激光扫描速度为150 mm/min的修复表面耐腐蚀性能最佳； 200 mm/min的修复表面显微硬度和耐磨性能最佳。

激光增材制造支持结构设计创新、快速研制和验证，是当前航空装备领域最具代表性的增材制造方法，其中激光选区熔化主要应用于复杂精密功能结构的精确近净成形制造，激光直接沉积主要用于大尺寸复杂承载结构的制造。为支撑航空领域增材制造技术发展的战略布局，本文对激光增材制造现状和发展趋势进行梳理，指出增材制造发展重点必然会转向产品的冶金质量、力学性能及其稳定性控制方面，增材制造设备的在线监测、参数自整定控制等智能化功能的研究开发正成为设备的研发热点，基于损伤失效分析、寿命预测研究的增材制件力学行为研究以及基于元件、特征结构的性能考核验证技术，开始引起工程应用部门的关注。在对技术发展趋势分析的基础上，提出2035年航空领域激光增材制造技术发展目标和相应的政策和环境支撑、保障需求，并给出2035年技术发展路线图建议。

电弧熔丝增材制造技术（wire arc additive manufacturing，WAAM）是一种高沉积效率的增材制造技术，采用逐层堆积的方式制备多种高性能的金属结构件，针对航空装备的大型、中等复杂的铝合金、钛合金WAAM成形技术的研究获得广泛关注。本文对WAAM技术定义、技术分类、成形系统及原理进行论述，综述了近年来国内外航空航天领域WAAM成形铝合金、钛合金的组织特性、冶金缺陷及质量改善、典型构件技术应用等方面的研究进展，分析了目前航空装备的大型、中等复杂构件WAAM成形技术所面临的关键共性问题，并提出了2035年WAAM成形技术路线规划图。

增材制造技术在航空装备领域具有广泛的发展前景。作为重要的金属增材制造工艺方法，电子束增材制造正处于快速发展阶段。电子束熔丝增材制造技术可满足航空大尺寸结构件的快速低成本制造，并可用于高价值零件的修复。电子束选区熔化增材制造技术在复杂结构以及难熔合金制件的制造方面具有显著优势。本文在对国内外电子束增材制造技术现状和发展趋势分析的基础上，从发展需求、目标、共性关键技术、应用、战略支撑与保障5个方面综合分析，绘制了面向2035年的航空装备电子束增材制造技术路线图，以期为航空装备电子束增材制造技术发展提供参考。

激光增材修复技术适用于军用飞机金属零件的快速高效修复，是延长飞行服役年限和提升自主航空维修能力的重要推力。本文介绍了选区激光熔化成形、激光直接沉积成形、激光熔覆以及激光-电弧复合增材制造等激光增材修复技术特点，阐述了激光增材修复过程中常见的塌边、表面球化、气孔以及裂纹等不同尺度缺陷类型并提出了相应的调控方法，总结了激光能量密度、搭接率、填充材料供给速度、保护气体流量、时间参数和扫描路径等激光增材修复技术工艺优化特点以及施加外加能场和优化设计专用填充材料改善修复性能。最后，列举了激光增材修复技术在飞机机翼梁、涡轮叶盘、单晶叶片以及起落架等金属部件维修中的应用，并对激光增材修复技术在辅助系统设计、多能场融合、评价标准制定以及可移动激光增减材修复设备研发等未来的研究重点和趋势进行了探讨。

WC是有效提升TC4合金表面摩擦学性能的熔覆合成材料之一，但其易在涂层中残留未熔颗粒，影响涂层的质量与性能。本研究采用同轴送粉激光熔覆技术，在TC4表面制备5%，10 %和15 %（质量分数/%）WC的TC4+WC钛基耐磨涂层，分析研究涂层的宏微观组织、显微硬度及摩擦学性能，重点揭示WC在熔池中的熔解和残留机制。结果表明：WC添加未影响涂层生成相种类，析出相主要包括原位TiC和基体相α-Ti、β-Ti，其中TiC与涂层中残留WC颗粒形成了共格包覆镶嵌结构相，阻止WC在熔池中的进一步熔解，导致WC在涂层中产生残留、团聚现象；WC添加量与涂层显微硬度呈正相关分布；随着材料体系中WC含量逐渐增加，涂层耐磨性能逐步提高，三个WC添加量涂层磨损率较TC4基材分别下降了约21.1%、38.2%和56.1%，但残留WC导致涂层摩擦磨损过程产生局部应力集中，摩擦学性能出现明显波动。

针对飞机用30CrMnSiA高强钢拉杆的修复需求，以气雾化30CrMnSiA钢合金粉末为熔覆材料，开展激光熔覆工艺研究及拉杆修复。对比不同工艺参数对成形质量的影响，研究最优工艺下焊接接头熔覆区的组织、力学性能以及熔覆层的耐磨损性能，并采用最优工艺对拉杆受损伤部位进行修复及尺寸测量。结果表明：采用最优激光熔覆工艺，可获得与基体冶金结合良好、组织致密的熔覆层，熔覆层由呈柱状或蜂窝状的铁素体及周边的马氏体组成；接头熔覆区的显微硬度在475HV左右，高于基体约36%；熔覆接头平均抗拉强度相比母材增加约9%；耐磨性实验中，激光熔覆试样与30CrMnSiA钢锻件相比磨痕深度减小27.7%，磨痕宽度也减小35.2%，具有更好的耐磨损性能。采用最优激光熔覆工艺获得了熔覆质量良好、尺寸符合要求且基本无热变形的修复拉杆。

长寿命民机及地面燃气轮机涡轮叶片在工作过程中长期受到高温氧化的影响，使其在复杂工况下表面强度大幅度降低，服役寿命明显缩短，因此高温抗氧化性能是涡轮叶片应用中必须考虑的重要性能指标。本课题研究毫秒和皮秒激光加工工艺下DD406镍基单晶高温合金气膜孔结构在980 ℃和1100 ℃下的高温氧化行为，得到相应定量氧化动力学以及氧化物微观组织结构演化规律，揭示不同制孔工艺下气膜孔结构的氧化机理差异，为服役工况下叶片强度寿命模型的建立提供基础。结果表明：毫秒工艺下的气膜孔结构氧化速率显著高于皮秒工艺，不同工艺的氧化动力学曲线均遵循抛物线或直线规律；毫秒工艺下，氧化初期外层快速生成(Ni, Co)O，此阶段反应速率主要由NiO的生长过程控制，之后形成典型(Ni, Co)O-尖晶石相层-α-Al₂O₃典型三层结构；内α-Al₂O₃层下方及γ'相消失层存在较多孔洞，导致氧化层易剥落；皮秒工艺下，氧化初期快速生成不连续α-Al₂O₃，随后相互连接，形成连续致密α-Al₂O₃层。

采用6061-T651铝合金圆棒进行摩擦挤压增材制造（friction extrusion additive manufacturing，FEAM ）工艺实验研究，探讨和分析不同主轴转速对单道双层增材试样的增材成形、组织特征和力学性能的影响规律。结果表明：对给定横向移动速度300 mm/min，采用主轴转速为600 r/min和800 r/min均能获得完全致密无任何内部缺陷、厚度分别为2 mm和4 mm的单道双层增材试样，增材整体由细小等轴晶粒组成，增材层间实现冶金连接；800 r/min下工具轴肩的摩擦挤压作用降低，增材层间结合界面呈平直状，塑化金属流动不充分，沉积层宽度较窄、表面成形更粗糙；600 r/min下结合界面经历的塑性变形和热循环更为显著，晶粒细化至6.0 μm，但增材界面区软化程度较严重，硬度仅为增材棒料母材的52.7%~56.2%，而800 r/min下界面区的硬度能够达到母材的56.0%~61.3%；在600 r/min和800 r/min下，增材试样均具有优良的综合力学性能，抗拉强度分别达到增材棒料母材6061-T651的66%和70%，而断后伸长率明显较高，分别为母材的212%和169%；与目前其他增材工艺力学性能比较均具有明显的优势。

基于传统制造技术的“经典”结构质量大、疲劳薄弱部位多，难以满足未来战机的研制需求。基于增材制造技术特征优势开发的创新结构（三维承载整体结构、仿生构型结构、梯度金属结构、微桁架点阵结构）突破传统结构的束缚，具有轻量化、长寿命、低成本等特征，可大幅度提升机体平台品质，为未来新型战机研制提供有效的技术途径。本文以燃油管接头、环形散热器、三维框梁整体结构为例，阐述增材新型结构设计制造一体化开发全过程；对比原传统制造方案，可取得大幅度减重、成品率提升、疲劳薄弱部位减少等显著效益。此外，还探讨了光纤传感、建筑工程结构等跨领域技术对战机结构创新的借鉴意义。

近年来，随着3D打印技术逐渐成熟化与商业化，这种新兴制造技术开始应用于吸波材料的设计与制备中。本工作从3D打印频率选择表面类和超材料类吸波材料、3D打印蜂窝类吸波材料、3D打印陶瓷类吸波材料和3D打印其他吸波材料等几个方面综述了3D打印技术在微波吸收材料制备方面的研究进展，对3D打印技术在微波吸收材料制造中存在的打印材料局限性、材料力学性能缺乏、微观结构的测试分析等问题进行了阐述，同时对3D打印技术在微波吸收材料制造领域未来的发展趋势，如小型化、多功能、智能化也进行了展望。

固体推进剂是火箭、导弹的重要动力源，其性能提高对提升导弹武器的作战能力具有重要意义。3D打印技术作为一项备受关注的先进制造技术，能够完成传统制造工艺难以达到的高精度、高复杂度的器件制造，解决传统固体推进剂浇注工艺难以解决的混料不均匀、产品一致性差、安全性低等问题，在固体推进剂制造领域具备广阔的前景。目前3D打印制备固体推进剂相关研究开展缓慢的原因主要是面临安全保障和工艺瓶颈两大难题。针对固体推进剂3D打印的安全性问题，将固体推进剂3D打印及其相关工作分成了部分含能组分3D打印、混合推进剂3D打印以及固体推进剂3D打印三个阶段，逐步论证其含能组分的安全可打印性。针对固体推进剂3D打印工艺瓶颈问题主要介绍了3D打印推进剂专用浆料、设备的开发进展。从目前已有的成果和发展趋势来看，未来的固体推进剂3D打印研究应该聚焦在专用配方的开发以及实现打印规模化两个方面。

为提升300M钢表面耐腐蚀性，采用NCLT CW-1K固体Nd：YAG激光器系统，利用激光熔覆技术在300M钢表面制备Hastelloy C276涂层，对C276涂层的宏观形貌、物相组成进行表征，利用滑动摩擦磨损机、电化学工作站进行摩擦磨损、电化学测试。结果表明：激光熔覆C276涂层质量良好，C276涂层较基体显微硬度提升1.4倍，但耐磨性低于300M钢基体；涂层腐蚀电位最大，腐蚀电流密度最小，在300M钢表面采用激光熔覆技术制备出C276涂层，显著提升300M钢表面耐蚀性能，为提升材料表面的耐蚀和防腐性能提供新的方案。

钛合金-镍基高温合金异种材料复合结构能充分发挥两种材料各自的优势，实现性能互补，在航空发动机制造领域具有重要应用前景。本工作针对TC4-GH4169异种材料复合结构，设计了（V-15Cr）+ 0Cr13中间过渡层结构，并采用激光熔融沉积技术进行制备，研究激光功率和粉末铺叠方式对激光熔融沉积TC4-GH4169异种材料界面冶金质量的影响。结果表明，（V-15Cr）+ 0Cr13复合中间层界面冶金控制是影响TC4-GH4169异种材料冶金质量的关键因素。采用送粉式激光熔融沉积工艺，当激光功率为400 W时，由于激光能量较低，0Cr13和V-15Cr之间未发生有效冶金反应，出现了层间剥离现象；采用600 W激光功率，（V-15Cr）/0Cr13界面出现了少量的脆性σ相；当功率增加至800 W时，0Cr13和V-15Cr熔覆层之间具有较大的稀释率，界面处形成了层厚约为20 μm且连续分布的σ相。采用预置粉末的激光熔融沉积工艺，并使激光焦点处于V-15Cr熔覆层的表面，可使0Cr13和V-15Cr熔覆层之间的稀释率控制在合理水平，有效避免了界面σ相的形成。剪切实验结果表明，断裂发生在V-15Cr合金层，界面强度达到299 MPa，强度系数达到0.61。

增材制造技术（AM）是一种基于离散-堆积原理，以计算机模型数据来加工组件的新型制造技术。激光选区熔化（SLM）作为增材制造领域的一项重要技术，以其一体化制造特点和在复杂结构零部件制造领域的显著优势，成为航空航天制造领域的重点发展技术和前沿方向。本文综述了SLM技术的材料体系和应用领域，主要对SLM技术的最新工艺研究和航空航天领域的典型应用进行细致分析。重点阐述SLM铁基合金、镍基合金、钛合金和铝合金等材料体系的研究进展及成果。SLM技术在各领域广泛应用的同时，也存在成形材料内部缺陷多、高性能材料的裂纹及变形、标准体系的欠缺和粉末材料兼容性低等诸多问题和不足之处，使其发展受到一定制约，需要在这些方面做更深入的工作。

针对民用飞机主承力结构金属增材制造技术适航验证方面存在的问题，开展金属结构增材制造技术适航验证研究。通过增材制造技术适用适航条款分析，给出了民用飞机金属结构增材制造技术适航验证思路，包括材料规范的建立、增材制造工艺的认证、材料强度性能的确定、结构特殊系数的选取和结构性能的验证，对每项验证方法给出了具体实施途径。以某型号前起落架支柱外筒增材制造A-100超高强度钢为例，给出了大型整体金属结构增材制造技术适航验证具体实施方案。

超材料作为一种新型拓扑优化设计的结构材料，展现出特殊的物理性质，比如负泊松比、负折射率等，在波动控制和隐身方面有重要的潜在应用价值，因此受到国内外的广泛关注。增材制造技术，又称为3D打印技术，适合于制造复杂形状的结构，利用增材制造技术制造隐身超材料具有较高的几何自由度和尺寸精度，为超材料的广泛应用提供技术条件。本文基于超材料的基本概念，对隐身超材料结构设计、功能调控的研究进展进行详细介绍，进一步介绍增材制造隐身超材料的光固化法、熔融沉积法、激光选区烧结/熔化法等工艺方法，并讨论了增材制造超材料在制造过程中存在的阶梯效应、原材料黏附现象、热扩散现象、尺寸精度、粗糙度等问题。

基于增材制造工艺制备多层金字塔点阵夹芯板，并根据标准测试方法进行准静态平压破坏实验，得到多层金字塔点阵结构的抗压缩强度。结果表明：制备的金字塔点阵结构抗压缩性能的稳定性非常好，载荷-位移曲线变化规律基本一致；试件的点阵胞元节点处首先进入塑性，之后中间两层点阵在节点处发生断裂，试件平压强度的平均值为6.72 MPa；由于成型工艺的限制，杆件“背面”质量较差，实际杆件的直径小于理论值，导致平压强度的实验结果小于理论和仿真分析值；理想化假设导致理论分析的平压强度结果与实验结果相差较大，而仿真结果与实验结果误差较小，可以控制在20%左右，满足工程精度要求；通过对比载荷-位移曲线和典型载荷下的结构变形情况可知，仿真分析可以较准确预测该点阵结构的压缩行为。

4D打印技术为基于3D打印技术和智能材料的一种新兴的制造技术，是3D打印结构在形状、性质和功能方面的有针对性的演变。4D打印技术能够实现材料的自组装、多功能和自我修复，是一种具有可预测功能的材料制备技术。4D打印技术可以实现材料特定性质的改变，从而使其满足各个领域中的应用需求。本文按照时间顺序对4D打印技术的研究进行了综述，总结了在这一技术在材料科学、制造产业、生物工程及医学等领域中的突出成果以及创新性技术。结合4D打印技术的概念及研究现状，对其在各个领域中的应用进行了展望。

综述近年来激光加热辅助切削加工技术的研究进展。在实验研究方面，总结了激光加热辅助车削、铣削、钻削、磨削等不同工艺过程的加工特点，阐述了激光参数和切削参数对加工质量的影响。研究表明：在一定范围内，适当提高激光功率、降低切削速率、减小进给量有利于切削区材料的充分软化，可改善工件材料的切削加工性，提高加工效率和加工质量。目前，激光加热辅助切削加工仿真研究主要集中在切削温度场与切削过程仿真。通过建立温度场模型，可预测材料去除最优温度范围，优化加工工艺参数。切削过程仿真探讨应力、应变、温度等物理量的影响，为实际加工中控制零件表面质量提供了依据。后续工作应进一步加强在加工机理、加工工艺、仿真优化等方面的研究，建立完善的激光加热辅助切削加工数据库，以促进该技术的工业应用。

4D打印技术是最近一段时间快速发展的新兴增材制造技术，对飞机等航空航天装备的结构智能化发展具有重大前瞻性意义。本文论述了战斗机的发展及对多功能结构的需求，阐述了4D打印在实现飞机功能融合方面的重要作用；探讨了4D打印的定义、专用材料、工艺装备及结构构型特征；讨论了4D打印在航空飞行器智能变体结构、新一代热防护及新型隐身技术方面的应用潜力；给出了4D打印的技术成熟度提升、关键技术突破及学科融合方面的发展建议。

采用超音速气体雾化制备AlSi10Mg粉末，粉末经分级后通过激光选区熔化制成试块。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究粉末和试块的微观组织、组成相及演变情况，通过拉伸实验测试试块的室温拉伸性能。结果表明，AlSi10Mg粉末粒径分布符合激光选区熔化工艺要求，粉末呈球形或类球形。粉末组织细小均匀，主要由α（Al）基体和（α+Si）共晶组成。试块熔池形貌清晰可见，组织均匀、致密，其致密度达到99.5%；该组织中仅存在α（Al）和极少量Si相，几乎所有合金元素均固溶于Al基体中。经室温拉伸性能测试，试块的抗拉强度达到了442 MPa。

综述了3D打印领域内六种典型3D打印工艺各自所用的3D打印材料，从物理形态上主要包含液态光敏树脂材料、薄材（纸张、塑料膜）、低熔点丝材和粉末材料四种；从成分上则几乎涵盖了目前生产生活中的各类材料包括塑料、树脂、蜡等高分子材料，金属和合金材料，陶瓷材料等。立体光刻（Stereo Lithigraphy Apparatus，SLA）工艺的材料为感光性的液态树脂，即光敏树脂；叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）工艺的材料为纸张、塑料膜等薄材；熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）工艺的材料主要为便于熔融的低熔点丝状材料，主要为蜡丝、聚烯烃树脂丝、聚酰胺丝、ABS塑料丝等高分子材料；选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）的材料是各类粉末，包括尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉（打印后常须进行再烧结及渗铜处理）、覆蜡陶瓷粉、覆蜡金属粉以及覆裹热凝树脂细沙等；选择性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）工艺使用与SLS一样的粉末材料，不仅具有SLS优点，而且成型件致密度更高，力学性能更好；三维打印与胶粘（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP）工艺的材料同样为粉末材料，但这些粉末是通过喷头喷涂黏结剂被黏结在一起，同时将零件的截面"印刷"在材料粉末上面，类似于纸张彩色打印，可通过设置三原色黏结剂及喷头系统，实现彩色立体打印。对3D打印材料质量和产量的发展方向也进行了分析和展望。