利用金属 3D 打印修复损坏的金属机械部件，是一种“再制造” 技术，尤其适用于高价值、复杂结构部件（如航空发动机叶片、模具、齿轮等）的修复，其核心是通过局部材料沉积，恢复部件的尺寸精度和力学性能。具体流程和关键技术如下：

一、修复前的损坏评估与建模

修复的前提是明确损坏位置、程度及修复需求，避免盲目操作：

1. 损坏检测：
   • 采用无损检测技术确定部件的缺陷类型、位置、尺寸及深度。
   • 评估基体材料性能，若损坏区域存在严重疲劳或腐蚀，需先去除失效层。
2. 三维建模与路径规划：
   • 通过激光扫描或 CT 逆向建模，获取部件损坏区域的三维形貌，结合原始设计图纸，在 CAD 软件中设计 “修复填充区域”。
   • 根据损坏区域的形状，规划 3D 打印的沉积路径，确保材料能填充缺陷，且与基体平滑过渡。

二、预处理：清洁与表面准备

修复区域的表面状态直接影响修复层与基体的结合强度，需严格预处理：

1. 清洁去污：
   • 去除部件表面的油污、锈迹、氧化皮等杂质，常用方法包括：有机溶剂清洗、超声波清洗、喷砂处理。
2. 失效层去除：
   • 对裂纹、疲劳区域，采用机械加工或电火花加工去除受损层，直至露出新鲜的基体金属，避免残留裂纹扩展。
   • 若修复区域为磨损面，需将表面加工至平整的 “基准面”，便于后续 3D 打印层的均匀沉积。

三、修复材料与工艺选择

需根据基体材料、工况需求选择匹配的修复材料，并确定适合的 3D 打印工艺：

1. 材料匹配原则：
   • 修复材料的成分需与基体接近，避免因成分差异导致热膨胀系数不匹配，产生修复层开裂。
   • 若需提升局部性能，可选用复合材料，但需通过工艺验证确保相容性。
2. 核心修复工艺：定向能量沉积
   金属 3D 打印修复中常用的是激光熔覆，其原理是：通过喷嘴将金属粉末 / 丝材同步输送至修复区域，同时用高能激光束熔化材料与基体表面，形成熔池，逐层沉积后与基体实现冶金结合。
   • 优势：沉积效率高、可控制稀释率、对复杂曲面适应性强。
   • 设备：多为机器人集成式激光熔覆系统，或数控机床改造的修复设备。

四、沉积修复：参数控制与质量保障

修复过程需通过参数优化避免缺陷：

1. 关键参数调整：
   • 激光功率：根据材料熔点和修复区域厚度调整，功率过高易导致基体过度熔化，过低则材料未完全熔化。
   • 扫描速度与送粉速率：需匹配激光功率，确保熔池稳定，避免因材料堆积或不足产生气孔。
   • 保护气体：修复区域需用氩气 / 氮气保护，防止高温金属氧化。
2. 实时监测：
   部分设备集成红外测温、高速摄像系统，实时监测熔池温度和成形状态，通过闭环控制调整参数，减少修复缺陷。

五、后处理：恢复性能与精度

修复后的部件需通过后处理满足尺寸和性能要求：

1. 机加工：
   • 修复层通常预留 0.5-2mm 加工余量，通过铣削、磨削等加工恢复部件的原始尺寸精度和表面光洁度（Ra≤1.6μm）。
2. 热处理：
   • 消除内应力：修复过程中局部高温会导致应力集中，需进行去应力退火，避免后续使用中变形或开裂。
   • 性能优化：对高强度部件，可通过淬火 + 回火等工艺提升修复区域的硬度和耐磨性，确保与基体性能匹配。
3. 质量检测：
   • 采用渗透检测、超声检测检查修复层是否存在裂纹、气孔；
   • 对关键部件，进行力学性能测试，验证修复区域的强度是否达标。

优势与适用场景

相比传统焊接修复或更换新件，金属 3D 打印修复的优势在于：热影响区小（减少变形）、材料利用率高（仅修复损坏区域）、可修复复杂结构。广泛应用于航空航天（发动机叶片、涡轮盘）、能源（风电齿轮箱）、模具（冲压模刃口）等领域，显著降低设备维护成本，延长部件寿命。