(2)在深入研究高溫高速下高推重比航空發動機關鍵摩擦副零件“超常”摩擦學行為的基礎上，開發了含碳量高達9 ~ 12%的“激光熔覆超高碳Cr-Ni-C高溫自潤滑特種耐磨塗層新材料”，成功應用於我國某新型航空發動機關鍵熱端高溫耐磨運動副零件，獲得“國防科學”二等獎
(3)在對鈦合金非接觸激光熔化冶金晶體擇優生長特性進行深入實驗和理論研究的基礎上，發明了定向生長柱狀鈦合金激光區限熔鑄造冶金材料制備及發動機葉片等復雜零件激光直接成形新技術，使鈦合金高溫持久性能提高了10倍以上；
(4)突破飛機鈦合金等高性能金屬結構件激光快速成形關鍵技術和關鍵工藝裝備技術。BT20鈦合金機身關鍵結構件已通過安裝試飛前的地面考核並已通過安裝考核，即將完成實際安裝應用；將超純細化、定向凝固、快速凝固等三種先進高溫合金制備技術與激光快速成型技術有機結合，提出了超純徑向微柱狀梯度組織高性能高溫合金渦輪盤的新思路和近凈形零件激光直接成形制造新技術，成功制造出直徑450mm的超純徑向微柱狀梯度組織高性能高溫合金渦輪盤。
(5)發明了“水冷銅模激光熔化爐”及難熔、難加工、高活性金屬材料激光鑄造材料制備和零件直接成形新技術，成功實現了W/W5Si3等難熔金屬增強超高溫“原位”復合材料及零件的激光鑄造冶金制備和成形制造，為難熔、難加工高性能合金材料的制備和復雜零件的成形制造找到了新途徑；
(6)發現高Jackson因子小面晶體的光滑液固界面和臺階生長機制對凝固冷卻速率和界面過冷度高度不敏感，對經典凝固理論“小面晶體的液固界面結構會從原子尺度光滑變為原子尺度粗糙，生長機制會隨著凝固冷卻速率或界面過冷度的增大而從側向生長變為連續生長機制”的適用範圍進行了合理補充。
大型鈦合金結構激光快速成型技術的研究進展鈦合金具有密度低、比強度高、屈強比高、耐蝕性好和高溫力學性能好等突出特點。它們在航空、航天、石化、造船等工業設備中的應用越來越多，主要用作機身加強框、梁、接頭等飛機的大型關鍵主承力結構件。以航空應用為例。如波音、空客研制的新壹代民用客機(B-787、A-380)鈦合金用量從第三代(B-747、A-300)的不到4%增加到9%以上，第三代戰鬥機鈦合金結構件用量從F-16的3%左右增加到F/A65438。但第四代戰鬥機F-22中鈦合金結構件的用量已經占到機身結構總重量的41%。事實上，大型整體鈦合金結構件的數量已經成為衡量飛機等國防裝備技術先進性的重要標誌之壹。但由於鈦合金性質的影響，采用“鍛造+機械加工”等傳統工藝制造這些大型復雜鈦合金關鍵結構件，不僅需要大型鈦合金鑄錠制坯、萬噸以上重型液壓鍛造工業設備，而且制造工序多、工藝復雜，需要大型鈦合金鑄錠真空鑄造、大型鍛造毛坯制備、大型鍛造模具加工等。加工余量大，材料利用率低(壹般小於5 ~ 10%)，數控加工時間長，制造成本高，生產周期長，嚴重制約了大型鈦合金結構件在先進工業和國防裝備中的廣泛應用。大型鈦合金主承力結構件的低成本、短周期成形制造技術也是制約我國航空裝備研制生產的技術瓶頸之壹！
激光熔化沈積高性能金屬結構件的“近凈成形”制造技術，利用快速原型制造(RPM)的基本原理，以金屬粉末(或絲)為原料，通過高能激光束將金屬原料逐層熔化堆積。近凈成形制造(near-net-shape manufacturing incl)是壹種具有革命性意義的新型數字化、短周期、低成本、先進的“近凈成形”制造技術，可以直接從零件的CAD模型壹步完成，在航空、航天等國防裝備的研制生產中具有廣闊的應用前景。
(1)高性能材料的制備和復雜零件的“近凈成形”制造壹體化，不需要零件毛坯制備和鍛模加工，不需要大型或超大型的鍛造和鑄造工業設備及相關配套設施；
(2)零件具有獨特的快速凝固組織，晶粒細小、成分均勻、組織致密，綜合力學性能優異；
(3)零件材料利用率高(比鍛件高5倍以上)，加工量小，數控加工時間短；
(4)制造成本低，制造周期短；
(5)工藝設備簡單，工序少而短，靈活性高，具有“超常”的快速反應能力；
(6)可以方便地實現W、Mo、Nb、Ta等難熔金屬材料和Ti、Zr等高活性、高性能金屬材料零件的材料制備和直接“近凈成形”；
(7)根據零件的工況和性能要求，通過靈活改變局部激光熔化沈積材料的化學成分，實現多材料梯度復合高性能金屬的直接近凈成形制造；
(8)對零部件設計和批量變更具有高度的靈活性和快速響應能力。
激光快速成型技術的獨特優勢為克服大型鈦合金結構件的上述制造技術缺點提供了新的途徑。由於其在先進國防裝備研制生產中的重要性和廣泛實用性，美國等西方工業和軍事強國都非常重視。自1995以來，美國國防部高級計劃局(DARPA)和海軍辦公室(ONR)相繼實施了壹系列激光飛機鈦合金結構件的專項研究計劃。
國外飛機鈦合金結構件激光快速成型技術的研究進展
到目前為止，只有美國AeroMet公司(1998 MTS公司與賓夕法尼亞州立大學、約翰霍普金斯大學投資合作成立了壹家專門從事飛機鈦合金結構件激光快速成型制造的高科技公司，該公司已於2005年2月破產)，在2002年至2005年實現了激光快速成型鈦合金結構件在飛機上的應用。AeroMet在美國國防部軍民兩用科技計劃、美國空軍鍛造計劃和美國陸軍曼特計劃的支持下，與Boeinq Inq、洛克希德-馬丁等軍用飛機制造商密切合作，開展了飛機機身鈦合金復雜結構件激光快速成型技術研究。2000年9月，激光成形鈦合金全尺寸飛機機翼結構件地面性能試驗順利完成，更換了部件的疲勞強度和靜強度。
從2001開始，AeroMet公司開始為波音公司的F/A-18E/F組合式戰鬥機/攻擊機提供發動機艙推力梁(圖1)、機翼旋轉折疊接頭、機翼梁、肋壁板(圖2)、龍骨壁板(圖3)等鈦合金機翼非主承力結構件。2002年制定了激光快速成型Ti6A14V產品技術標準。從2002年到2005年2月公司宣布破產，激光快速成型制造的Ti6A14V等飛機鈦合金部件已經在F-22、F/A18-ElF等飛機上安裝應用。
AeroMet是世界歷史上第壹家掌握飛機鈦合金結構件激光快速成型技術並成功實現安裝應用的公司，可惜。由於其激光快速成型技術的固有缺點，激光快速成型的Ti6A14V等鈦合金構件即使經過後續的熱等靜壓(HIP)或開式模鍛(如圖4)後，其疲勞性能也始終明顯低於鍛件，這使得激光快速成型鈦合金構件無法應用於飛機的關鍵主承力結構件。激光快速成型鈦合金結構件在飛機上的應用範圍有限，最終導致Ae roMet公司在5438年6月+2005年2月破產。
飛機鈦合金結構件激光快速成型技術的國內研究進展
到目前為止，國內只有北京有色金屬研究所、西北工業大學、北京航空航天大學等少數單位開展了鈦合金激光快速成型技術的研究，但除北航外，均未在飛機上安裝。
北航激光材料成形與制備實驗室在國家自然科學基金、傑出青年基金、國家973計劃、國家863計劃等重點項目的支持下，與沈陽飛機設計研究院等單位產學研緊密結合。自1998年以來，Bai65438壹直致力於鈦合金結構工程應用的激光快速成型技術、成套工藝裝備和關鍵技術。
十五期間，我國自主研發了首個具有自主知識產權的鈦合金結構件“自由平面接觸/動密封/惰性氣氛保護”成套工藝裝備系統。突破飛機鈦合金次承力結構件激光熔化沈積制造工藝及安裝應用關鍵技術。激光熔化沈積制造的TC4、TAl5、BT22、TC2等鈦合金的室溫和高溫拉伸、高溫持久、高溫蠕變、光滑疲勞和缺El疲勞等力學性能明顯優於鍛件。從2005年開始，TAl5、TC4等各種鈦合金結構件快速激光成形，安裝在飛機上，零件材料利用率提高了5倍。
“十壹五”期間，飛機大型主承力鈦合金結構件激光熔積制造技術、成套設備、過程控制、長期工藝穩定性和部件質量保證等壹系列關鍵技術取得突破:
1.開發了大型整體鈦合金主承力結構件激光快速成型新技術，解決了激光快速成型大型整體鈦合金主承力結構件變形開裂的“技術難題”。
2.提出並掌握了激光快速成型主動控制飛機大型整體鈦合金主要承力構件凝固組織晶粒形貌和熱處理顯微組織的新方法。
3.了解激光快速成型飛機大型鈦合金主要承力結構件內部缺陷的形成機理，突破內部缺陷及質量控制的關鍵技術。
4.突破激光快速成型飛機大型鈦合金整體結構件結構和內部質量控制關鍵技術。激光快速成型大型鈦合金整體結構件的綜合力學性能達到並超過鈦合金模鍛件，其中缺口疲勞極限超過鈦合金模鍛件的40%，高溫持久壽命比模鍛件提高400%。
5.多種單件重量超過110kq的鈦合金關鍵結構件，采用激光快速原型制造成功(部分樣品照片見圖5)，是迄今為止國內最大的整體式鈦合金飛機主承力結構件。
中國鈦合金3D打印後來居上。
我國鈦合金激光成形技術起步較晚，直到1995美國解密R&D計劃三年後才開始投入研究。早期基本是效仿美國的學習，在全國多所大學和研究所設立實驗室進行研究。其中，AVIC激光技術團隊的成就最為顯著。
早在2000年左右，AVIC的激光技術團隊就開始投入“三維激光焊接快速成型技術”的研發。在國家特別是軍方資金的持續支持下，經過幾年的研發，解決了“惰性氣體保護系統”、“熱應力分散”、“缺陷控制”、“晶格生長控制”等多項世界技術難題，結構復雜，尺寸達到4m，性能滿足主承力結構要求。中國鈦合金3D打印機制造的大型承力件，在國內已具備激光成形12平方米以上復雜鈦合金構件的技術和能力，並已投入國內多個航空科研項目的樣機和產品制造。成為世界上唯壹掌握激光成形鈦合金大型主承力構件制造和安裝工程應用的國家。
節省90%的材料和成本。
在解決了材料變形和缺陷控制問題後，國產鈦合金結構件迅速成為中國航空的獨特優勢。由於重量輕、強度高，鈦合金構件在航空領域具有廣闊的應用前景。先進戰鬥機上鈦合金部件的比例已經超過20%。
鈦合金零件的傳統制造主要依靠鑄造和鍛造。其中，鑄件易於大尺寸制造，但重量大，不能加工成精細的形狀。雖然鍛切精度不錯，但美國F-22戰鬥機的主要承重部件是大型鑄造鈦合金框架。但零件的制造浪費嚴重，95%的原材料會作為廢料被切掉，鍛造鈦合金的尺寸受到嚴格限制:3萬噸大型液壓機只能鍛造0.8平方米以下的零件，即使是世界上最大的8萬噸液壓機也無法鍛造4.5平方米以上的零件。而且這兩種技術都無法制造復雜的鈦合金部件，焊接會遇到可怕的鈦合金腐蝕。F-22的機身框架由鈦合金鍛件制成。
激光鈦合金成形技術徹底解決了這壹系列問題。因為疊加技術，節省了90%非常昂貴的原材料，也不需要制造特殊的模具。原材料成本1~2倍加工費，只需要10%。粗略估算，加工重量為1噸的鈦合金復雜結構件的成本約為2500萬元，而激光3D焊接快速成型技術的成本僅為1.3萬元左右，其成本僅為傳統技術的5%。
更重要的是，許多結構復雜的鈦合金結構可以通過3D打印整體成型，不僅節省了工時，還大大提高了材料強度。F-22的鈦合金鍛件如果用中國的3D打印技術制造，同等強度下重量最多可減輕40%。