作为一项新的先进制造技术，激光立体成形技术(即3D打印技术)的另一个重要应用领域就是零件的成形修复，激光修复后经少量后续加工或不加工，即可使零件到达使用要求，从而实现零部件的高效率、低成本再制造。

飞机结构件、发动机零部件、金属模具等贵重零部件在服役一段时间后，会出现不同形式的损伤而无法继续正常使用，另外，零件制造过程中也容易出现误加工造成的损伤。这些零部件一般较贵重，出现上述情况往往需要进行报废处理，造成极大的经济损失。本文结合实例介绍了以Geomagic Wrap软件为基础，结合激光立体成形技术，对损伤零部件进行仿形修复的方法。

图1 激光立体成形工艺过程

激光立体成形工艺简介

激光立体成形(3D打印)的主要工艺过程为：首先获取零部件的三维CAD模型，然后用切片分层软件将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的3D信息转换成一系列2D轮廓信息，随后在数控系统的控制下，用激光熔覆的方法将金属粉末材料按照2D轮廓信息逐层沉积，最终形成3D实体零件。激光立体成形技术对零件结构适应性强、成形热影响区小等工艺优点，可广泛应用于异形毛坯制作、贵重零部件修复等重要领域。

鉴于激光立体成形在成形过程中对零件结构的适应性强、一致性好等优点，可充分发挥其在修复领域的优势。在修复领域具有以下优点：理论上可进行无限复杂区域形状修复;材料利用率高(90%以上);修复区结合强度高(不低于基材90%);热影响区小(表层微熔深度为0.05～0.1 mm，热影响区宽度0.1～0.2 mm);熔覆层及界面缺陷率低、组织致密;加工过程温度低、工件基本无热变形;加工过程不需预热。

图2 零件的结构形式示意图

Geomagic Wrap结合激光立体成形修复的基本流程

Geomagic Wrap是Geomagic公司的一款逆向软件，可根据任何实物零部件通过扫描点云自动生成准确的数字模型。可满足严格要求的逆向工程、产品设计和快速原型的需求。借助Geomagic Wrap能够将3D扫描数据和多边形网络转换成精确的3D数字模型，并可以输出各种行业标准格式，包括STL、IGES、STEP和CAD等众多文件格式。Geomagic Wrap结合激光立体成形修复的工艺流程主要包括以下几方面：

1.反求待修复区数模

待修复的零部件由于客观原因，不同区域的磨损程度往往不一致，要对不同区域进行精确仿形修复就必须获得各区域模型。因此必须得到损伤零部件和标准零部件(新件)数据进行对比求差，获得待修复区域相对精确的模型。而实际生产过程中，由于技术封锁等原因，往往无法取得标准零件(新部件)的图纸，此时，可利用3D扫描仪对零件进行扫描并结合Geomagic Wrap处理扫描数据，从而得到标准零件和损伤零件的数据信息，经过求差运算获得修复区模型。

2.仿形修复

待修复区域的数模数据是采用激光立体成形进行仿形修复的基础。反求修复区数模后，用切片分层软件将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的3D信息转换成一系列2D轮廓信息，随后在数控系统的控制下，用激光立体成形设备将金属粉末材料按照2D轮廓信息逐层沉积，最终完成损伤零部件的修复。修复过程中可根据实际使用工况选择合适的修复材料，亦可对其进行表面改性以提高产品实际使用寿命，修复工艺参数选定及匹配材料选定可根据实际情况而定。此修复方法亦可适用于非金属零部件的修复领域。

图3 磨损件与新零件扫描数据

3.仿形修复区检验

一般而言，仿形修复区的形状都比较复杂，形状不规则。为检验修复的形状效果，在没有参照件图纸的情况下，可利用Geomagic Wrap进行逆向建模，制造出仿形检具进行粗检验，或将修复完的零件进行扫描，并与参照件的扫描数据进行精确对比。

应用实例分析

下面通过修复实例阐述,如何将Geomagic Wrap与激光立体成形技术结合对损伤零部件进行精确修复。该实例是矿用零件的修复，其结构形示意图如图2所示：零件磨损区域主要是其工作面，即链条与链轮接触区(链窝区)，因此需要获得每个链窝磨损区的数模。

首先利用3D扫描仪对磨损件和新件进行扫描，扫描数据图如图3所示。由于不同链窝的磨损程度不一样，要精确求出不同链窝的磨损区域，需逐一对比。磨损区数模求出后，对数模进行剖分，生成激光修复加工代码，选用合适的加工工艺参数即可进行激光修复。选用合适的工艺参数对链轮进行修复，修复后的状态如图4所示，由图可看出，利用Geomagic Wrap结合3D打印修复达到了异形曲面的仿形修复，自动化、智能化程度较高。修复区经粗检验完全达到使用要求。

图4 零件修复图

结论

激光立体成形技术在零件修复方面的前景广阔，已受到国内外研究学者和相关厂商的关注。目前，世界各国已利用3D打印修复技术实现了零件的快速、低成本再生制造。而利用Geomagic Wrap的图形处理和检测技术与3D打印修复技术结合，可方便地实现异形面的仿形修复，修复后几乎不用后处理即可使用，可广泛应用于零件修复领域。