3D科学谷洞察

“ 增材制造（AM）多晶体材料的微观结构研究主要包括： 织构（Texture）：织构是指晶体内部晶粒的取向分布。在多晶体材料中，晶粒的取向分布会影响材料的各向异性。例如，某些方向的晶粒排列可能更有利于材料在特定方向上的力学性能表现。 孔隙（Porosity）：孔隙是材料内部的微小空洞，其存在会显著影响材料的力学性能。孔隙率（孔隙的体积分数）和孔隙的形态（如形状、大小、分布）是关键因素。 晶粒尺寸（Grain Size）：晶粒的大小和分布也会影响材料的力学性能。较小的晶粒尺寸通常会提高材料的强度，但可能会降低其韧性。 相变行为（Phase Transformation）：某些材料在加工过程中会发生相变，这会影响材料的微观结构和力学性能。

理解微观结构与宏观力学性能之间的关系对于优化增材制造工艺参数、设计高性能材料具有重要意义。”

 增材制造钛合金等效弹性张量的
     细观力学建模与实验研究

谭若涵1宋永锋1,2陈超3李丹3成庶1李雄兵1
1.中南大学交通运输工程学院2.广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室3.中南大学粉末冶金研究院

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

孔隙和织构均为增材制造多晶体金属的重要特征，但已有的细观力学模型无法研究2者的耦合作用对材料力学性能的影响机理。因此，本工作构建了双相金属材料改进的Mori-Tanaka （modified Mori-Tanaka,MMT）模型，在此基础上预测增材制造（AM） Ti-6Al-4V合金的等效弹性张量，进而探究AM多晶体材料的微观结构对材料宏观力学性能的影响规律。本模型结合了传统MT模型和微分法，可综合分析各向异性多晶体织构和孔隙2个耦合因素与宏观力学性能的内在联系。通过有损和无损实验，研究了2种不同孔隙率和织构的AM Ti-6Al-4V试块的相变行为、取向分布函数、孔隙率和孔隙形貌特征。为验证理论预测的准确性，采用了稀疏法与所建立模型进行对比分析；同时开展了拉伸实验和超声实验，基于MMT模型得到的Young’s模量与拉伸实验结果的平均绝对百分比误差（MAPE）分别为0.87%和2.51%，基于MMT模型得到的等效弹性刚度张量Ceff与超声实验结果的MAPE分别为9.47%和4.45%。可见，实验结果从力学角度和无损检测2个角度验证了MMT模型的有效性，为研究AM多晶体材料的微观结构与宏观力学性能的作用机理提供了一种有效的细观力学分析方法。

 基于晶粒形貌的
     增材制造力学行为数值模拟

王艺飞、陈静远、张昭
大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室

为了研究电弧增材制造中材料的各向异性力学行为，本文建立了双椭球热源模拟电弧增材制造过程中的温度场，建立Monte Carlo模型模拟增材层截面微观组织的变化，建立晶体塑性模型表征晶粒形貌对材料力学行为的影响规律，从而修正位错动力学模型，得到基于晶粒形貌特征的电弧增材制造中各向异性的力学行为数值模拟方法。修正后的位错动力学模型可以很好地反映出电弧增材制造工艺特征导致的材料各向异性行为，且与试验结果一致。电弧增材制造构件在增材高度方向上的力学性能显著低于热源移动方向的力学性能，在增材高度方向上和热源移动方向上晶粒尺寸比达到7.5 mm/1.3 mm时，屈服强度比达到787.8 MPa/865.2 MPa。钛合金在600℃以上出现明显的材料软化，这主要是晶粒球化导致的。

 电弧增材制造传热传质
     数值模拟技术综述

郭鑫鑫1魏正英1张永恒1张帅锋1,2
1. 西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室2. 中国船舶集团有限公司第七二五研究所

电弧增材制造过程涉及丝材的送入和熔化，熔融金属向熔池的过渡，熔池中液态金属的对流、凝固和成形。缺陷的形成与电弧增材制造过程中发生的复杂多物理场现象密切相关。因此，需要借助高保真数值模拟技术来深入理解这些物理现象，并将其作为优化工艺条件、制造高质量产品的理论依据。本文综述了电弧增材制造传热传质数值模拟涉及的关键技术，并对未来研究方向进行了展望：首先，介绍了几种典型的热源模型，鉴于电弧增材制造过程中熔池的形成与演变是多种驱动力共同作用的结果，分析了浮力、电磁力、表面张力、电弧压力、电弧剪应力模型对流体流动和熔池表面变形的影响；然后，总结了三种金属过渡模型，包括速度入口填充液态金属、指定位置添加球状质量源项以及直接建立固态金属焊丝；最后，介绍了常用的气液界面跟踪方法。

 基于RSM-RVEA的FDM
     增材制造工艺参数优化方法

赵欣1黄金杰1,2,3
1. 哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院2. 哈尔滨理工大学自动化学院3. 哈尔滨理工大学黑龙江省复杂智能系统与集成重点实验室

与传统制造生产的效率相比，当前的3D打印生产效率仍相对较低。因此，如何优化工艺参数，以提升打印件性能、缩短打印时间和减少材料成本，对于提升制造效率来说至关重要。针对这一问题，借鉴传统多目标问题优化方法并结合数值分析，给出一种面向熔融沉积制造(Fused deposition modeling,FDM)的工艺参数优化方法。具体来说，该方法通过响应面法来引导和减少数值分析次数，所得到的回归方程采用基于参考向量引导的进化算法(Reference vector guided evolutionary algorithm,RVEA)来寻找工艺参数的Pareto最优解。同时引入角度惩罚技术，使得该方法在进化初期注重收敛性，在进化末期注重多样性，有效地提高了迭代计算的平衡性。相较于其他工艺参数优化方法，本方法能够更好地提升打印效率并降低制造成本，且具有较好的可靠性。

 肠道支架五轴增材制造
     人工智能监测方法研究

高欣宇、赵一坤、戴源、顾志杰、林乐乐、崔浩鹏、徐婧嵋、王慧敏、杨继全、李宗安
南京师范大学电气与自动化工程学院、江苏省三维打印装备与制造重点实验室

针对肠道支架五轴增材制造技术存在的成型质量监测及可追溯性的问题，本文提出了一种基于YOLO8的五轴肠道支架增材制造人工智能监测方法。首先采用轻量级通用上采样内容感知重组(CARAFE)模块，在上采样过程中实现细节丰富和边缘平滑；其次基于特征融合金字塔网络能够融合多尺度特征的性能，提出重参数泛化特征金字塔融合网络，可提供有效的信息传输方式，扩展网络的深度；然后引入强效交并比损失函数改进网络模型，增强对中等质量锚框地聚焦能力，实现了平均精度的提高；最后通过消融对比实验，验证了本文提出的算法，结果显示本文提出的监测算法针对层间剥离、喷头堵塞、局部欠挤出等问题的精度分别达到了91.3%、76.6%和71.8%，在FDM增材制造人工智能监测领域具有一定的应用前景。

 基板温度对激光增材制造
     熔池特征影响的数值模拟研究

钱学海、赵吕、李振环
华中科技大学航空航天学院&智能制造装备与技术全国重点实验室

激光粉末床熔融增材制造技术具备成形自由度高和制造周期短等优势，在航空航天和生物医疗领域复杂结构一体化成形中展现出卓越潜力。激光粉末床熔融工艺涉及极高的升温、冷却速率和极强的温度梯度，不可避免地在构件内产生热应力和残余应力，严重损害构件的力学性能。因此，选取合理的工艺参数，降低熔池区域温度梯度幅值，对提高成型件质量有着重要的意义。本文基于流体动力学方法，使用多相流方法追踪粉末形状变化，考虑了反冲压力和马兰戈尼效应，计算分析了熔池流动行为和基板温度对温度梯度的影响。结果表明，熔池边界的温度梯度显著高于熔池内部，提高基板初始温度可有效降低温度梯度幅值，有望减小热应力和残余应力。

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“ 利用激光粉末床熔融技术实现了非晶态纳米颗粒的原位纳米破碎和快速熔淬。这种技术不仅提高了材料的性能，还提供了一种高效、精确的制造方法，适用于复杂形状和结构的制造，拓宽了增材制造在高性能材料领域的应用范围。”

在金属材料中，分散障碍物（如硬质颗粒和析出相）来阻挡移动的位错是一种常用的强化方法，这种被广泛采用的“弥散强化”机制常常会牺牲延展性，因为位错在障碍物处的堆积会导致应力集中，从而促进裂纹的萌生。

据报道，非晶相及其与基体的界面可充当位错源和位错阱，这将有助于减轻障碍物处的应力集中，研究人员在此提出用非晶态纳米颗粒取代传统的晶态弥散相，这可能会解决该问题。因此，非晶态纳米颗粒会是一种合适的弥散相选择，它能延缓损伤的萌生，从而显著提高延展性以及其他对损伤敏感的应用性能，比如抗疲劳性能。

长期以来，人们一直利用纳米颗粒或析出相来阻挡位错，从而强化金属，但不可避免会在障碍物处增加应力集中，引发裂纹萌生，进而降低金属的延展性。

 【成果速览】

在此，上海交通大学张荻教授、李赞副教授联合西安交通大学马恩教授等人展示了一种策略，即用致密的非晶态纳米颗粒取代传统的晶态弥散相，而这一策略可通过激光粉末床熔融技术得以实现。

作者以无孔隙的铜基纳米复合材料作为原型进行了验证，该复合材料通过原位纳米破碎和快速熔淬工艺，含有密集且均匀分布的非晶态碳化硼纳米颗粒（平均直径约为47nm，体积分数高达12%），这些非晶态纳米颗粒充当位错阱，从而减轻了局部应力集中，还会随着拉伸变形而自行硬化，促进应变硬化，进而实现均匀的塑性流动。

该增材制造复合材料的拉伸强度超过1GPa，总伸长率约为10%，是晶态弥散相复合材料的两倍多。在增材制造块状纳米复合材料的循环变形过程中，缺陷积累也得到抑制，其疲劳强度极限（循环次数大于107次时）超过了拉伸强度的70%，该研究结果展示了一种用于增材制造高性能金属材料的有效策略。

相关成果以「Dispersion hardening using amorphous nanoparticles deployed via additive manufacturing」为题刊登在Nature Communications上，通讯作者：上交大张荻、李赞，西交大马恩

【数据概况】

图1. 激光粉末床熔融（L-PBF）制备纳米复合材料的设计原则和微观结构。

图2. 微粒的纳米破碎机制。

图3. 激光粉末床熔融铜基纳米复合材料的力学性能和功能特性。

图4. 激光粉末床熔融铜基纳米复合材料的变形机制。

【结论展望】

该研究揭示了在L-PBF过程中弥散相的一种原位纳米破碎和快速淬火机制，通过该机制，大量密集的非晶态纳米颗粒能够被分布在金属基体晶粒内部。这些非晶态陶瓷纳米颗粒对位错的扩展产生显著的阻碍作用，同时吸收多余的位错以避免应力集中。这种特性，再加上其自身的硬化能力和热稳定性，使得增材制造的铜基纳米复合材料具备了前所未有的力学性能和功能特性的组合。

这种弥散策略适用于多种颗粒-金属体系，并且对于那些不适合采用激光粉末床熔融增材制造工艺的反射性金属（如铜和铝）是必不可少的。通过其他工艺（如粉末冶金和化学气相沉积）加工金属时，利用非晶态纳米颗粒的这一理念也会激发新的设计思路，因为在这些工艺中存在多种可调节纳米颗粒分布和亚稳状态的选择。相信这种创新的复合材料设计策略能够极大地拓展金属材料微观结构工程领域，实现优异性能的组合，以满足尖端应用的需求。

原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58893-1

来源
材料设计 l

NC丨上交大&西交大：增材制造实现非晶纳米颗粒的弥散强化，制备出GPa级铜基复合材料！

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3D科学谷洞察

“ Al₂O₃/GdAlO₃/ZrO₂-HEA氧化物共晶复合陶瓷具有高熔点、低密度、抗氧化、良好的高温力学性能、优异的组织和性能热稳定性等特点，可应用于航空航天超高温（>1600°C）热端部件，如航空发动机的涡轮叶片等，能够显著提升发动机的性能和可靠性，降低能源消耗与环境污染。”

第一作者：申仲琳
通讯作者：苏海军
通讯单位：西北工业大学
DOI: 10.1016/j.jmst.2024.04.076

 01 全文速览

西北工业大学苏海军教授团队报道了一种通过激光粉末床熔融技术制备复杂结构氧化物共晶陶瓷的新方法。利用高熵合金粉末掺杂，制备获得了尺寸约为70 mm，表面光滑且具有典型复杂结构特征(涡轮叶片形状，变截面曲边结构等)及超细凝固共晶组织(共晶间距约61.4 nm)的Al2O3/GdAlO3/ZrO2-HEA氧化物共晶复合陶瓷。相关工作“Enhanced 3D printing and crack control in melt-grown eutectic ceramic composites with high-entropy alloy doping”发表在Journal of Materials Science & Technology, 2025, 209: 64-78。

 02 背景介绍

激光增材制造技术，是一种创新性，革命性的先进制造技术，因其高效制造复杂构件的突出优势而获得业界的广泛关注。该技术采用逐层沉积方法，能够精确制备出三维实体样件，不仅提高了制造的精细度，也极大扩展了设计的多样性及复杂度。陶瓷材料因其固有的高硬度及低韧性，很难通过传统制备技术直接一步获得复杂结构陶瓷试样。为克服以上问题，借助激光增材制造的独特优势制备陶瓷材料，逐渐成为材料领域研究热点，也是超高温候选材料制造和设计的一个新方向。

熔体生长的氧化物共晶陶瓷在超高温环境中表现出突出的组织和性能稳定性，这种卓越的性能主要源于其独特的耦合生长三维网状凝固共晶组织和共晶相界面之间极低的应变能。氧化铝基共晶自生复合陶瓷具有高熔点、低密度、抗氧化、良好的高温力学性能、优异的组织和性能热稳定性等特点，有望成为超高温氧化性环境中长期服役的新一代结构材料。研究发现，借助高能激光束，在适宜的加工参数下，能够迅速实现陶瓷材料的充分熔化与凝固，从而获得熔体生长凝固共晶陶瓷。

陶瓷固有的高脆性和对热冲击的高度敏感性，使其在高能激光粉末床熔融加工过程中极易产生多种缺陷。此外，陶瓷熔体的高粘度对凝固过程的精确控制提出了更高的要求，不恰当的工艺条件易引发熔化不良、层间与基板的结合力不足、孔隙率高，裂纹和翘曲变形等一系列问题，直接影响试样的成形质量。特别是裂纹缺陷，严重制约了陶瓷加工过程的稳定性，对试样的性能造成了决定性影响。因此，在增材制造过程中，对加工参数进行细致而精确的控制，对于确保陶瓷试样的高质量和高性能至关重要。为此，科研人员进行了大量探索工作，涉及对增材制造工艺优化，增设预热装置，采用水冷基板等多种方法。近年来从材料本身出发，考虑粉末的物理和化学属性，如氧化物熔点、吸收率、流动性和粉末堆积密度等因素，通过粉末掺杂来改进激光与粉末间的相互作用也成为一个重要的技术路径。

FeCoCrNiMn高熵合金是最先开发设计的单相FCC高熵合金，具有高强度、延展性、超高的裂纹起始和扩展韧性、抗氧化、耐高温性能，受到了广泛研究。合金通过变形机制、位错滑动、堆积-断层形成、纳米孪晶和相变等协同作用提高抗断裂性，延长应变硬化，同时提高强度和延展性，从而获得优异的韧性，尤其适用于极端环境（如高应力应变环境）。因此，进一步探索高延展性颗粒掺杂以克服陶瓷材料固有的脆性和硬度引起的加工难题，是一项创新性工作。

 03 图文解析

实验采用自主设计研发的氧化物陶瓷LPBF装备（配备二氧化碳激光器，激光波长10.6 μm, 最大功率650 W），示意图如图1所示。陶瓷粉末材料为喷雾造粒法制备的具有三元共晶配比的Al2O3-Gd2O3-ZrO2陶瓷粉末，复合粉末呈球形或近球形，粉末粒度D90=22.5 μm。HEA金属粉末为气雾化法获得的CoCrFeMnNi球形金属粉末，粉末粒度D90=6.7 μm。混合粉末进行LPBF加工制备，激光功率200-300 W, 扫描速率100-450 mm/s。高能激光器快速扫描下，陶瓷粉末材料能够完全熔化，自生复合，层层熔覆成形三元共晶氧化物陶瓷。

图1 激光粉末床熔融制备共晶复合陶瓷示意图: (a) 行星球磨混合三元陶瓷粉末, (b) 高速离心喷雾造粒制备球形三元共晶配比复合陶瓷粉末, (c) 超声振动混合获得HEA掺杂的均匀混合的粉末材料, (d) 烘箱干燥粉末, (e1-e4) 不同粉末颗粒形貌, (e1) 三元陶瓷粉末, (e2) HEA粉末形貌, (e3) 2wt.% HEA混合粉末形貌, (e4) 5wt.% HEA混合粉末形貌, (f1-f4) 对应粉末的粒度分布, (g) 自主设计研发的LPBF一体化装置, (h) LPBF加工过程。

HEA粉末掺杂有效减少了加工过程中粉末飞溅现象，降低了其对后续铺粉及加工过程的不良影响。HEA粉末掺杂后能够有效改善均匀平整粉床的铺设，对激光快速扫描及凝固过程的稳定性有很大提高，能够有效抑制分层、变形或裂纹等缺陷。试样的均匀性有了显著提升，表面粗糙度能够达到1.08微米。采用LPBF方法结合高熵合金（HEA）粉末掺杂技术，成功制造出了大尺寸陶瓷复合材料试样。试样长度或直径达到约70 mm，展示出复杂的涡轮结构形貌及变截面曲边结构特征，如图2所示。

图2 不同参数LPBF制备的复合陶瓷试样形貌: (a-a1) 300 W, 300 mm/s, 7层, 6wt.% HEA, 最大直径为70 mm的变截面曲边圆柱体, (b-b1) 200 W, 200 mm/s, 10层, 8wt.% HEA粉末, 最大宽度为70 mm的涡轮状试样, (c-c1) 200 W, 200 mm/s, 12层, 5wt.% HEA粉末掺杂, φ45 mm，高度为1.2 mm的圆柱体试样, 掺杂不同含量HEA粉末的涡轮叶片状共晶复合陶瓷试样形貌, (d) 2wt.%, (e) 5wt.%, (f-i) 陶瓷试样表面粗糙度: (f) 300 mm/s, (g) 350 mm/s, (h) 400 mm/s, (i) 450 mm/s, HEA粉末掺杂含量6wt.%, 激光功率300 W。

通过LPBF技术制造的陶瓷复合材料，无论是否掺杂HEA颗粒，所得陶瓷均展示出典型的三元共晶微观组织特征，如图3所示。沉积层的下部，均呈现出带状结构特征，具有超细的层片共晶组织，共晶间距沿沉积方向自下而上逐渐细化。该区域存在较高的温度梯度和较低的凝固速率，温度梯度与凝固速率的比值达到最大，促进超细层片共晶组织的形成。熔池的顶部区域，温度梯度降低而凝固速率大幅增加，呈现出超细的等轴枝共晶组织形貌特征。

图3 HEA粉末掺杂前后复合陶瓷试样微观组织形貌对比: (a-a1)未掺杂HEA粉末的三元共晶陶瓷组织形貌, (b-b1) 掺杂5wt.% HEA制备的共晶复合陶瓷组织, LPBF加工参数相同, 300 W, 300 mm/s, (c-c1) 区域D的组织形貌。

沉积层顶部出现不规则的HEA粉末，体积较大，直径约48.2 μm，远大于原始粉末颗粒(1-20 μm)尺寸，如图4所示。同时，直径约为1.1 μm的更细小的粉末分散在共晶晶团界面处。界面处的HEA粉末颗粒能够阻碍裂纹的传播。另一方面，在共晶陶瓷复合材料凝固过程中，部分未熔的HEA颗粒内部呈现裂纹、不规则孔洞缺陷，该颗粒内部缺陷的形成，吸收了界面应变能及裂纹扩展能，有效抑制凝固陶瓷内部的裂纹缺陷。由于HEA颗粒良好的热导率，掺杂的未熔化HEA颗粒在减少陶瓷复合材料内部的热累积、降低热应力集中进而减轻裂纹缺陷方面有显著效果。

图4 含量为6 wt.% HEA粉末掺杂的共晶陶瓷微观组织及裂纹形貌: (a) 250 W，250 mm/s共晶复合陶瓷的微观组织, (b) 团聚合并的大尺寸HEA颗粒, (c) HEA颗粒附近裂纹偏转, (d-e) 小尺寸HEA颗粒弥散分布在具有超细层片组织的共晶团界面处, (f) 内部有裂纹扩展的HEA颗粒, (g) HEA颗粒作为共晶陶瓷初生相的异质形核质点, (h) 共晶陶瓷中等轴共晶组织间分布的微小球形HEA颗粒, (i) 椭球形HEA颗粒弥散分布于层片共晶微观组织中。

 04 总结与展望

该研究综合分析了激光粉末床熔融增材制造氧化物共晶复合陶瓷中HEA粉末对成形质量及凝固组织的影响规律，为激光增材制造大尺寸复杂形状熔体生长共晶陶瓷提供了一种创新思路。利用HEA颗粒掺杂技术实现了复杂结构凝固共晶陶瓷的高效率高质量成形，为激光增材制造在凝固陶瓷领域的应用提供了更多数据及理论支持。

 05 课题组介绍

苏海军，西北工业大学长聘二级教授、博士生导师。国家级领军人才，国家优青，中国有色金属创新争先计划获得者。入选国家首批“香江学者”计划、陕西省“青年科技新星”、陕西省冶金青年科技标兵、陕西省金属学会优秀科技工作者，担任陕西高校青年创新团队学术带头人、陕西重点科技创新团队带头人和先进高温合金陕西省高校重点实验室主任。长期从事先进定向凝固技术与理论及新材料研究，涉及高温合金、高熵合金、超高温复合陶瓷、生物陶瓷、钙钛矿太阳能电池、结构功能一体化复合材料以及定向凝固与增材制造技术等。主持包括国家重点研发计划项目，国家自然基金重点、优青等7项国家基金在内的30余项国家级重要科研项目，在Nano Energy，Advanced Functional Materials，Nano Letters，Composites part B: engineering，Additive manufacturing等知名期刊发表论文200余篇。获授权中国发明专利60余项以及3项美国发明专利。参编专著3部。获陕西省科学技术一等奖、二等奖，中国交通运输协会科学技术二等奖，宁波市科技进步一等奖，陕西高校科学技术研究优秀成果特等奖，陕西省冶金科学技术一等奖，全国有色金属优秀青年科技奖和陕西青年科技奖各1项。

 06 引用本文

Zhonglin Shen, Haijun Su, Minghui Yu, Yinuo Guo, Yuan Liu, Hao Jiang, Xiang Li, Dong Dong, Peixin Yang, Jiatong Yao, Min Guo, Zhuo Zhang, Wei Ren, Enhanced 3D printing and crack control in melt-grown eutectic ceramic composites with high-entropy alloy doping, J. Mater. Sci. Technol. 209 (2025) 64-78.

来源
材料科学和技术 l

西工大苏海军教授团队材料科学顶刊《JMST》：高熵合金粉末掺杂强化激光增材制造复杂结构氧化物共晶陶瓷

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“ 高通量金属制造技术的发展将推动金属增材制造的广泛应用，提高生产效率，降低成本，并加速新材料的开发和应用。未来的发展将更加注重技术的集成和自动化，通过高通量实验和机器学习的结合，实现更高效的材料开发和工艺优化。”

 引用格式

Ke-chao ZHOU, Xiu-ye YANG, Yi-xin AN, Jun-yang HE, Bing-feng WANG, Xiao-yong ZHANG.A review on advances of high-throughput experimental technology for titanium alloys[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2024, 34(11):3425-3451.

 研究背景

钛具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好等特点，是航空航天、海洋工程以及生物医学等领域不可或缺的关键金属材料。随着服役要求的日益提升，对钛合金的性能要求也随之提升，从而推动了新一代钛合金的开发。同时，这也带来了巨大的挑战：传统的材料设计‘试错’方法因受限于时间、人力和物力，严重阻碍了高性能钛合金的研发进程。为了应对这一挑战，美国政府于2011年启动了材料基因组计划。该计划聚焦于高通量计算、高通量实验技术以及材料大数据技术的应用。高通量实验技术有助于高效制备和表征大量样品，其基本原理是将传统的顺序迭代研究过程转变为高效的并行过程，通过量变实现材料研究效率的质变。因此，推动高通量实验技术的发展对于钛合金的设计与制备具有至关重要的理论指导意义和工程应用价值。

 文章亮点

本综述回顾了钛合金高通量实验技术的最新进展。主要讨论了钛合金制造中高通量成分设计、高通量变形及高通量热处理等常用的高通量制备技术，同时讨论了高通量表征技术目前在钛合金中的应用。最后，总结了钛合金高通量实验技术的研究成果，并深入分析了其在工业应用中面临的挑战。

 图文解析

高通量制备技术是一种先进的实验设计方法，通过同时处理大量样品或数据，可显著提高实验效率和准确性。该技术不仅适用于生物、化学和医学等领域，近年来也被广泛应用于钛合金和其他有色金属的研究中。在钛合金的研发中，高通量制备技术可以加速材料筛选、优化工艺参数，并有助于深入了解材料特性。表1从多个维度总结了这些技术在钛合金中的应用。

表1 钛合金中高通量制备方法的对比

成分的细微变化会导致钛合金的相组成和微观结构发生显著变化。在广阔的成分空间内，存在着无数可能的组合，传统方法已无法满足大规模快速筛选钛合金成分的需要。高通量制备技术，特别是能够获得成分梯度的技术，已成为钛合金成分设计的重要工具。这些技术包括历史悠久的扩散多元节技术，以及最近优化的方法，如增材制造、气相沉积和其他与高通量概念相结合的合成技术。这些高通量制备技术的应用极大地加速了钛合金的成分设计过程，并有效降低了开发成本。Wu等使用扩散多元节技术和热力学数据库成功设计了Ti64-xMo合金，并分析了它们的相组成和性能（图1）。

Zhu等研究了Mo和Cr的合金化对钛合金性能的影响，并利用机器学习技术预测了合金的微观结构特征，大大提高了成分筛选的效率（图2）。简而言之，扩散多元节技术凭借其独特的优势，在钛合金的设计与创新中发挥着关键作用。这项技术不仅优化了钛合金的成分梯度设计，还可以结合先进的测试技术，用于后续构建机械性能数据库，为钛合金的应用提供了重要的参考。

图1 Ti6Al4V−Ti6Al4V45Zr, Ti6Al4V20Mo, Ti6Al4V20Fe和Ti6Al4V20Cr扩散多元节示意图

图2 固溶处理（a-c）和时效处理（d-f）的实验值和预测值之间的相关系数 ：(a、d）α相的平均长度；（b、e）α相的平均宽度；（c、f）α相的体积分数

增材制造凭借其高精度加工能力，适用于制备具有复杂结构或成分梯度以及不同显微组织的样品。激光金属沉积和激光束熔化技术的应用，使得金属材料的高通量制备成为可能。Zhang等将定向能量沉积与机器学习相结合，开发了一种高通量制备技术，用于揭示Ti-Al-V合金的成分、显微组织与机械性能之间的关系，如图3所示。

与扩散多元节相比，增材制造在样品制备方面具有以下显著优势：(1)高时间效率：增材制造大大缩短了样品制备时间，省去了长时间的扩散过程。(2)强设计灵活性：该方法可以直接制造具有成分梯度的样品，并可用于模具制造，展现了强大的设计能力。(3)样品制备要求简单：与扩散多元节中对大块样品的超高精度配合要求不同，增材制造对样品的要求较为简单，从而降低了制备难度。

然而，增材制造也存在以下缺点：(1)后处理要求：增材制造样品可能需要后处理以改善表面质量。然而，当前的后处理技术仍有待改进，可能影响样品质量的一致性。(2)材料和尺寸限制：增材制造受限于工件的材料和尺寸。一些材料可能不适合增材制造，而且它可能不适用于大尺寸梯度样品的生产。(3)内部质量风险：在增材制造过程中，可能会出现微孔等内部缺陷，这会影响样品的整体质量和性能。

图3 激光定向能量沉积方法制备的Ti-xA-yV (0≤x≤11, 0≤y≤11, wt.%)合金成分调整示意图

塑性变形在钛合金的生产中至关重要，显著影响钛合金工件的成形和性能。然而，钛合金的塑性变形工艺目前存在一些问题，如加工道次多、稳定性差，这导致了高生产成本和低成材率，从而限制了其更广泛的应用。此外，钛合金复杂的变形机制使得设计所需的工艺参数以实现理想的显微组织变得更加困难。高通量变形试验技术为解决这些问题提供了方案。双圆锥台压缩和梯度轧制等技术可以在单一样品中产生应变和显微组织梯度，从而快速建立变形条件与显微组织之间的关系。这种高通量变形试验技术为钛合金加工技术的快速设计和优化提供了新的思路。

双圆锥台压缩试验是一种高通量压缩变形技术，可以在单一样品内产生梯度应变和相应的显微组织变化。如图4(a)所示，通过对双圆锥台样品进行单轴压缩，样品横截面沿径向方向的显微组织会连续变化（图4(c)）。这种异质性源于双圆锥台样品独特的几何尺寸而产生的受控且不断变化的应变场。由于在压缩试验过程中无法直接测量径向应变梯度，通常采用有限元方法来确定等效应变分布，如4(b)所示。与传统的圆柱样品压缩试验相比，双圆锥台压缩试验能够实现应变场和显微组织的连续变化，避免了使用多个具有不同变形条件的样品进行重复试验。这种方法缩短了开发时间，降低了成本，为研究钛合金在压缩（锻造）过程中显微组织演变提供了更经济高效的实验方法，并揭示了其变形机制。

图4 双圆锥台压缩试验：（a）样品几何特征；（b）有限元求得的应变分布；(c)连续变化的微观结构

双圆锥台样品可以揭示热变形机制随应变的变化，帮助研究人员构建变形机制图。受Ashby图的启发，这些图直观地反映了合金在不同变形条件下发生的变形机制，有助于设计目标微结构的工艺参数。Wang等人利用双圆锥台压缩技术研究了各种钛合金的热变形行为。他们利用连续变化的微观结构结果来揭示变形机制的演变。结合EBSD和TEM等表征技术进行微观组织图像分析，他们确定了不同变形机制之间的临界点。通过将这些离散临界点与有限元分析获得的应变分布图进行比较，他们定量分析了变形机制发生转变的临界应变。此外，他们还根据热变形应力应变数据，利用动态材料模型构建了热加工图。将变形机理图与热加工图进行叠加，可对变形条件如何影响变形机理进行定量分析。图5显示了TC18、TA16、TA16/SiCp钛合金和TiZrV中熵合金的变形机制图。

图5 几种钛合金和中熵合金的变形机制图：(a) TC18；(b) TA16；(c) TA16/SiCp；(d) TiZrV

热处理是控制钛合金微观结构和性能的关键工艺。传统的合金热处理方法通常采用传统的加热技术，只产生一个温度区。要研究热处理过程，通常需要在不同条件下进行多个平行实验，然后对样品的微观结构和性能进行表征。这种方法耗费大量时间和经济成本。而梯度热处理技术则使用专门的实验设备在样品中形成连续的温度分布。这种方法可实现微观结构的梯度分布，从而通过高通量表征技术广泛而快速地获取有关性能和微观结构的数据。与其他有色金属相比，钛合金在加热和冷却过程中的相变使其热处理更为复杂。梯度热处理技术可以更快、更准确地获取钛合金的热处理参数、微观结构和性能数据。如图6所示，最初用于确定钢材淬透性的Jominy端淬试验现在也适用于钛合金热处理过程的高通量研究。

图6 梯度热处理示意图：(a) 样品和热电偶位置；(b) 实验设备

高通量表征技术在钛合金中的应用，特别是微观结构观察和机械性能测试方面，已显示出巨大的潜力。这些技术通常具有空间分辨率高、表征尺度大、采集速度快、稳定性高和可扩展性强等特点。利用自动化设备和软件，高通量表征技术可以对大量钛合金样品进行高效、精确的表征，从而显著提高研究效率。

高通量表征技术不仅能对钛合金的微观结构进行高清成像，揭示复杂的结构特征，还能精确测量其机械性能，量化强度和韧性等关键性能参数。这种从微观到宏观的全面分析为钛合金材料的性能优化和机理研究提供了强大的数据支持。研究人员可以快速筛选出高性能的候选材料，并进一步研究其性能与结构之间的内在关系，从而推动钛合金材料的创新发展。

总之，高通量表征技术在钛合金的科学研究中发挥着不可或缺的作用。其高效、精确、全面的表征能力为钛合金材料的开发和应用提供了强有力的技术支持。表2总结了几种已应用于或有望应用于钛合金高通量表征的方法。

表2 钛合金中高通量表征方法的对比

在讨论结构材料的机械和物理特性时，析出物、基体和界面的微观结构起着至关重要的作用。因此，对基体合金的成分/相、增强相和化合物的形态/分布/含量以及界面结构/成分进行详细表征尤为重要。然而，现有的表征材料微观结构的方法，如X射线、紫外线和红外光谱以及光学和电子显微镜技术，各有其优势，但受到光通量密度、空间分辨率以及全面表征大尺寸样品和跨尺度材料结构的能力等因素的限制。这些限制阻碍了它们满足当代材料科学对高通量微区测试、快速研发流程和高效检测技术的需求。

为了克服这些局限性，科学家们开发了许多高通量技术来表征结构材料。例如，同步辐射源可在从红外线到硬X射线的整个光谱范围内实现高亮度微聚焦，具有高准直、全光谱覆盖、高偏振和高纯度等优异特性。因此，它们可以满足高通量材料样品对亮度和空间分辨率的要求，是合金材料高通量表征的理想选择。此外，传统的微结构表征工具（如扫描电镜）也已适用于高通量表征。Zhu等开发了一种单光束高通量扫描电子显微镜（图7），可同时收集二次电子和背散射电子信号，分辨率达到纳米级。这样就能识别和区分各种相，并收集和分析大量长度尺度的数据。因此，实验数据可以跨尺度连接，从厘米级到纳米级，甚至原子级。Su等人以高通量热处理方式广泛表征了感应淬火齿轮的微观结构和残余应变。如图8所示，他们利用散裂中子源技术和布拉格边透射成像技术，获得了微观结构和残余应变空间分布的二维图。

图7 Navigator-100 高通量扫描电子显微镜的系统组件

图8 中子布拉格边缘透射示意图成像方法

 研究结论

(1) 成分筛选与优化

高通量技术能制备具有成分梯度的单一样品，或同时快速制备多种不同成分样品。扩散多元节技术利用扩散原理实现成分梯度调整，与增材制造、气相沉积等高通量制备技术共同为钛合金的成分筛选与优化提供了更多途径。

(2) 加工与热处理工艺优化

双圆锥台压缩与梯度轧制作为高通量变形实验技术，分别应用于锻造与轧制工艺的探索，有助于揭示钛合金在变形过程中微观组织的演变机制，为构建变形机制图、优化成形工艺及建立相关数据库提供了数据基础

(3) 热处理条件优化

梯度热处理技术能够在单一样品上实现连续的温度变化，或并行处理多个样品以形成独立的温度区，结合高通量表征技术，可以显著加快数据收集的速度。目前，端淬、高频感应加热、电脉冲处理等已用于钛合金研究，微波加热等新方法也展现出应用潜力。

(4) 性能和微观结构快速表征

高通量表征技术依托同步辐射、中子散射等大型研究设施，推动钛合金微观结构表征。电子显微镜技术经过智能化改进，能迅速收集微观图像。纳米压痕等高通量性能测试技术已应用于钛合金，结合扩散多元节等高通量技术及原位表征方法，可快速建立成分-组织-性能关系。流体微探针、高温拉伸测试等高通量机械性能测试技术有望在钛合金研究中得到推广。

 团队介绍

周科朝，教授、博士生导师，粉末冶金国家重点实验室主任，中南大学原副校长。现任国家新材料产业发展战略咨询专家委员会委员，中国材料研究学会副理事长，国务院学位委员会第八届材料学科评议组成员，教育部第七届科技委材料学部委员，教育部材料教指委委员，曾担任“十五”至“十二五”国家“863”计划新材料领域、“十三五”国家重点研发计划“重点基础材料技术提升与产业化”重点专项等国家科技计划的咨询和指南专家。长期从事粉末冶金和有色金属新材料、高通量材料制备技术研究，主要研究方向为高性能钛合金、铜合金和极端电化学环境用惰性（非活性）电极材料技术，承担了国家863计划重点项目“铝电解惰性电极技术研究”、国家重点研发计划项目“高通量材料制备技术平台研究”等一批国家项目的研究，开发的高强韧钛合金已经成功应用于国产大飞机起落架部件。发表学术论文150余篇，获得发明专利50多项，出版学术专著1本，培养博士后、博士和硕士50多名，获省部级一等奖3项。

张晓泳，中南大学粉末冶金国家重点实验室研究员，博士生导师，担任中国材料研究学会青年委员会理事、湖南省生物材料学会骨修复材料与器械专委会常务委员、钛精深加工湖南省工程研究中心专委会委员等职。目前主要从事钛合金设计与加工、3D打印复杂精密成形、高性能粉末冶金制品等研究领域的工作，已在上述相关领域承担国家重点研发计划、国家自然科学基金重大项目课题和面上项目、教育部装备预研、湖南省科技重大项目等项目10余项，并获2019年湖南省科技进步一等奖和2020年中国有色金属工业科技进步一等奖。

汪冰峰，教授、博士生导师。主要从事合金变形参数高通量获取和大数据分析技术研究、功能钛合金设计研制，主持和参加了国家自然科学基金面上项目和国际合作重点基金、国家重点科研项目等10余项。以第一或通讯作者发表学术论文30余篇，授权国家发明专利5项。参与获湖南省科学技术进步一等奖、湖南省自然科学二等奖、中国有色金属工业科学技术一等奖、湖南省高等教育省级教学成果二等奖等省部级奖励多项。

何骏阳，本科毕业于华中科技大学；博士毕业于北京科技大学新金属材料国家重点实验室，师从吕昭平教授；博士后工作于德国马克斯普朗克学会钢铁研究所，随后全职回国工作于中南大学粉末冶金研究院。主要从事高熵合金组织及性能调控，新型高温合金及钛合金的原子尺度缺陷的表征及其对性能的影响。主持国家自然科学基金面上基金、青年基金、湖南省自然科学基金青年基金等国家及省部级科研项目5项；至今为止共发表学术论文70余篇，其中一作/通讯29篇（Acta Mater. 3篇，Scripta Mater. 4篇，MRL 2篇，Int J Plasticity 1篇），热点+高被引共3篇，总谷歌被引超1万次，H因子37，一篇Acta Materialia被评为“2017年中国百篇最具影响国际学术论文”。获评教育部2017年度“高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖”（7/8），Science, Acta Mater.等著名材料期刊审稿人，获评2020年度Materialia杂志优秀审稿人。

来源
中国有色金属学报 l

中南大学周科朝教授团队：钛合金高通量实验技术进展综述 |《中国有色金属学报》英文版重点推荐文章

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本期将视角进一步拓展至智能制造、复合工艺与全球标准体系，邀请来自高校、企业及国际机构的多位专家，共同探索增材制造如何迈向“智能化、精密化、全球化”的全新阶段。

 AI驱动增材制造进入“奇点时刻”

在《将人工智能集成到增材制造，新竞争赛道》演讲中，3D科学谷创始人王晓燕女士开篇直言：“AI就像给每一个人手上放了一个核能发电站，你能不能用好核能发电，这将会使你跟你的同行你的竞争对手拉开一个本质的差距。”她指出，AI正推动增材制造行业从“千日一里”的缓慢发展转向“一日千里”的巨变，行业“奇点时刻”即将到来。

王晓燕女士以实际案例说明：在材料开发中，AI可减少实验次数与材料浪费，和用3D打印开发药物一样，不需要做那么多实验；在设计环节，生成式AI能根据需求直接生成设计方案。针对制造痛点，她提到传统金属3D打印（如LPBF技术）因良品率不稳定，客户需要一万件，但却需“打出1.2万件，废掉2000件”的方式去实现，而AI通过分析设备、原料、工艺、环境等数十种变量，并分三步实现控制——机器学习优化参数、传感器实时检测缺陷、动态调节打印过程。她特别强调：“一定要通过AI来做，不是通过人的经验来做。”

演讲中，她列举多家企业案例：德国NEBUMIND用AI逐层分析数据，以数字孪生形式可视化制造过程；美国ADDIGURU通过材料科学与计算机视觉实现“高精度原位质量检测”；印度Intech自研软件optomet，“输入粉末参数和加工要求，系统自动优化参数，避免人工失误导致零件报废”。王晓燕女士预判：“硬件会越来越便宜，所有3D打印设备明天会更卷，价格一定下跌，唯一可以区分的是软件能力。”

她提出三大发力方向：一是强化数据整合与安全，“Data is the new gold（数据是新的黄金）”；二是聚焦设备管理、参数优化与材料研发；三是警惕“伪需求”，质量不可预测、不可持续的技术路线是错误道路。她特别提醒：“国内软件生态仍是软肋，期待更多AI创业企业出现。”

演讲最后她呼吁行业关注“制造即服务（MaaS）”新模式——用户上传设计，AI完成生成与生产，购买的是设备工时，而非设备本身。“当你手握‘核电站’，能否让它发电，决定了未来制造的无限可能。”

 材料升级：智强合一的制造新路径

在《航空高性能铝基构件激光增材制造》报告中，南京航空航天大学顾冬冬教授团队针对近海部署远洋战机严苛服役环境需求（高承载、强耐蚀），系统阐述了激光增材制造技术突破传统铝合金局限的创新路径。该研究以开发”轻质、高强、耐蚀一体化成型”铝基构件为目标，攻克四大核心技术难关：

团队通过优化激光能量分布（350-400W功率区间）、柔性铺粉系统及循环气流抑制烟尘，将稀土改性铝镁合金成型稳定性提升至新高度。数字模型揭示：相较于传统铝硅合金，新型材料需”适中功率+低扫描速度（600-1000mm/s）”组合，解决激光反射率高、元素烧损等固有难题。

团队创新性提出”单向正交分区扫描策略”，使成型件孔隙率降低35%，表面粗糙度达最优值。研究发现：熔池搭接方式直接影响内应力水平——采用”实体分区+表面成熔”复合策略，在2.4mm分区尺寸下，试样内应力显著降低，同时延伸率保持稳定。经325℃/4小时峰值时效处理，抗拉强度达565MPa，较传统铝硅合金提升25%，延伸率翻倍至14.8%。

他们首次发现稀土改性铝合金存在”双峰硬化”现象：时效初期（10分钟）纳米析出物密度骤增，4小时后形成稳态结构。通过调控析出物尺寸（3-5纳米）与晶粒演变行为，实现强度-韧性协同控制。特别指出：断裂韧性（KIC）与延伸率变化趋势分离，传统延伸率评估法存在局限，需建立多维度力学评价体系。

受生物进化启发，成功实现三类仿生结构增材制造：1）仿水蜘蛛巢多层级结构（1.25mm改进直径时能量吸收最优）；2）晶体学仿生混杂点阵（球形节点使应力分散效率提升40%）；3）螳螂虾螺旋结构（致密度达99.2%，扭转应力传导路径优化使抗冲击性能倍增）。典型应用包括相控雷达11孔接头、卫星支架等复杂构件，验证了”材料-结构-工艺”一体化制造可行性。

研究证实：激光增材制造技术正从”控型”向”控性”跃迁，未来将通过纳米陶瓷颗粒改性、多材料空间布局调控等路径，实现”仿生结构+多功能复合”的跨越式发展。正如顾冬冬团队所言：”向自然借材料、借灵感，数千万年生物进化赋予的结构智慧，正在航空制造领域焕发新生。”

 融合工艺维度：增材制造迈向2.0时代

在《增材复合制造技术进展》报告中，西安交通大学张琦教授直指当前增材制造三大核心瓶颈：激光粉末床熔融成形零件表面粗糙度在Ra6.3μm以上（航空精密件需Ra0.8μm）且内流道微孔残渣难以清除（尤其直径＜1mm孔道残留率达70%）；激光熔化沉积尺寸精度差（±0.5~ ±1.5 mm），微观组织难以准确调控，制约了零件的实际使用性能；电弧熔丝增材制造热输入大，晶粒尺寸超过200μm，影响零件机械性能。针对这些痛点，团队提出金属增材复合制造解决方案：增减材复合制造、增等材复合制造与多能场辅助增材制造。

张教授团队，提出了复杂内腔零件激光粉末床熔融五轴增减材复合加工新方法，发明了滑出式激光器与转摆头集成的增减材复合制造机床新结构，研制出全球首台激光粉末床熔融五轴增减材复合制造装备。该技术能够将内流道粗糙度从Ra7.3μm提高至Ra0.6μm，尺寸精度达到±0.01mm/100mm，解决了重复定位偏差难题。打破了日本Sodick公司的技术封锁，预期可实现航空航天复杂内腔零件的精密制造。

张教授团队与国家增材制造创新中心合作开发了智能化激光熔化沉积增减材复合制造装备，集成了熔池图像处理及零件轮廓误差检测等功能。该装备具备熔覆堆积高度在线调控功能，采用接触式探头实现了轮廓误差实时检测。可以实现大尺寸零件高效精密一体化制造，材料利用率提升40%。

团队首创电弧熔丝和原位轧制复合修复轴类零件的工艺，开发了轴类零件修复新设备。原位轧制使电弧增材制造晶粒尺寸从200μm细化至40μm，界面残余应力降低65%。并且开发了电弧熔丝、原位轧制与车削复合修复轴类零件的新装备，实现了“堆叠-轧制-精加工”全流程自动化，突破了传统锻件分体制造并连接的局限，能够服务于轴类零件一体化快速精密制造需求。

团队提出了超声辅助辊压结合半固态成形的激光金属熔丝沉积技术，同时结合了超声波振动能量与轧制的机械力场改善微观组织，并通过半固态成形改善成形力。超声辅助滚压技术能够震碎铝合金氧化皮，使冶金结合强度提升30%。

团队开发了高效模拟激光粉末床熔融增材制造过程的多尺度模型，实现了增材制造过程微观结构生长的高效预测，预测时间小于1.5h，使仿真效率提高了73%。建立了激光熔化沉积增减材全流程热/力耦合数学模型，实现了不同工况下复合制造全流程加工过程中温度场与残余应力场的预测，能够指导刀具路径优化使加工变形量减少60%。开发了热力耦合条件下的轴类零件电弧-轧制复合增材制造过程有限元模型，能够准确地模拟电弧-轧制复合成形过程中的变形行为。

张琦教授强调：”增材复合制造已进入智能优化新阶段，基于AI的工艺参数自适应补偿、复杂热循环下零件尺寸动态修正、智能化缺陷调控等算法，将成为打破’试错式研发’的关键。”正如张琦教授所言：”当增材遇见减材、等材与多能场，制造边界正在被重新定义。”未来，增材复合制造将融合AI工艺优化，具备闭环数字孪生控制系统，实现缺陷识别、在位修复与精度补偿的全流程智能管理，进入“超精密—高性能—智能化”的协同发展新阶段。

 增材与精加工的无缝融合

在《全激光增减材制造－基本原理、设备与应用》报告中，广东工业大学王成勇教授提出”全激光增减材制造（LACAM）”创新理念，突破传统增材制造依赖机加工的局限。其核心在于以激光为唯一工具完成”增材-减材-强化-抛光”全流程，实现复杂零件”一次成型即终件”的目标。该技术已在手机铰链、医疗微器件等领域验证价值。

具体说来，团队在以下三个方面实现了技术突破：

1.激光替代传统刀具

开发全球首台全激光复合加工设备（与汉邦合作），集成三束不同功率激光（皮秒/飞秒/连续），通过光束整形实现”激光铣削+熔覆+热处理”复合加工。薄壁件粗糙度从Ra3.2μm降至Ra1.6μm以下，钛合金拉伸强度与延伸率同步提升20%。

2.微结构精密调控

在粉末床成型过程中嵌入超快激光微加工：对0.1mm级微孔实时清渣，医疗微器件成型合格率从30%提升至90%；通过界面晶体定向生长控制，使多材料结合强度提高35%。华为三折机铰链采用该技术后，良品率从13%跃升至60%，产能提升4.6倍。

3.原位监测闭环系统

集成红外热成像与熔池动态监测，实现成型过程实时反馈。针对手机铰链0.3mm微型钩状结构，激光减材精度达±5μm，避免传统机加工导致的应力变形。

在广东省政府2000万元专项支持下，王教授团队的全激光增减材制造技术已进入产业化阶段，帮助格力模具交付周期缩短30%，实现卫星精密件制造成本降低50%；开发的超声波焊接技术应用于全球63个国家口罩生产线，疫情期间助力企业三个月创收33亿元，获广东省科技进步一等奖。

团队同步研发“声波直接制造”技术：利用声波能量实现树脂/陶瓷/碳纤维材料穿透式固化，30秒完成10层碳纤维-树脂复合结构成型，强度达常规工艺80%。该技术正与航空维修企业合作开发内饰快速修复方案。

王成勇教授强调：”全激光制造不是万能解药，但它为特殊构件提供了新可能——当激光既是笔又是橡皮擦，制造的边界将被重新书写。”目前相关专利与论文已公开发布，团队将持续探索梯度材料制造与声-光复合工艺的深度融合。

 新加坡增材制造生态，多产业融合创新

除了技术层面的持续创新，生态系统的构建同样关键。在《NAMIC与新加坡的增材制造发展》演讲中，新加坡国家增材制造创新集群（NAMIC）代表叶佐元先生详细解读了新加坡如何以”小国大战略”布局增材制造产业生态。作为国家级推进平台，NAMIC通过政产学研深度融合机制，在8所大学及科研机构设立专项工作室，形成”政策牵引-技术转化-企业孵化-标准输出”的闭环体系。成立8年来，NAMIC已推动186家初创企业成长，吸引超3.5亿新元投资，并与ASTM合作制定12项国际标准，将新加坡打造为亚太区增材制造技术转化率最高的枢纽。

新加坡的增材制造技术已深度渗透关键产业：在海事领域，NAMIC联合新加坡科技大学开发混合制造技术，实现船只螺旋桨增材制造，并与美国船级社建立快速认证通道，阿联酋战略合作项目将供应链效率提升40%；在航空航天领域，帮助Collins Aerospace设立海外首个增材制造实验室，金属3D打印飞机发动机维修件交付周期缩短60%，初创企业Arianet研发的陶瓷增材卫星推进器部件成功通过太空环境测试；在生物医疗领域，中央医院将3D打印应用于85%的复杂手术规划，Osteopore公司研发的可降解骨移植支架在澳洲上市后临床成功率提升至92%；在建筑工程领域，首个3D打印住宅项目节省30%人力成本，环保混凝土技术助力珊瑚礁生态修复面积扩大3倍；半导体行业，Entegris技术中心为7nm光刻机制造精密陶瓷部件，良品率突破99.6%。

面向未来，NAMIC提出五大技术趋势预判：一是大型化制造突破；二是效率革命；三是绿色转型；四是数字生态重构；五是AI深度赋能。

“增材制造不仅是技术革新，更是国家竞争力的重塑。”叶佐元强调，新加坡凭借NAMIC平台，2023年增材制造产值突破12亿新元，技术渗透率占制造业总规模的7.2%，其中海事与生物医疗领域增速分别达38%和45%。这种”精准聚焦、生态赋能”的发展模式，为全球中小型经济体提供了可借鉴的范本。

 标准与趋势：从创新实践到全球共识

顺应上述趋势，ASTM国际标准组织吕朕经理则在《增材制造标准及其工业应用的演变——聚焦ASTM国际标准体系》演讲中，系统阐释了全球增材制造标准化进程与产业动态。

作为拥有127年历史的国际标准制定机构，ASTM标准体系正重塑全球制造格局。该机构通过IQ/OQ/PQ认证流程（ISO/ASTM 52930），航空航天企业金属部件良品率提升至99.5%；医疗植入物生产周期缩短40%，生物兼容性认证通过率提高60%。吕朕特别指出：”当中国打印机出口量占据全球高分子设备市场的67%，标准成为打破贸易壁垒的关键——华为折叠机铰链通过ASTM疲劳测试标准，寿命突破30万次折叠，正是标准化赋能创新的典范。”

基于Wohlers 2025报告，2024年全球增材制造产值达243亿美元，其中亚太区以23%增速领跑，中国市场贡献率超60%。三大结构性变化显现：一是材料销售逆势增长20%（金属粉末循环利用率突破92%），二是中国设备商以”高端性能+成本优势”抢占欧美市场（德国金属机份额跌至35%，中国尼龙机占美英市场70%），三是终端产品制造占比升至35%，模具应用增长47%。值得关注的是，北美市场首次出现负增长（-4.3%），折射出全球制造重心东移趋势。

ASTM主导的ICAMMT会议揭示技术前沿：700篇论文中，32%聚焦多激光PBF工艺优化，18%探索AI驱动的实时缺陷检测（识别准确率99.7%）。欧美企业痛点集中于新材料开发（高温合金耐疲劳度缺口达40%）与自动化集成（人工干预环节占比仍达55%），而中国厂商正开辟新赛道——华曙高科12米级航天构件一体成型技术、汉邦科技超高速光固化工艺（成型效率提升8倍）已通过ASTM联合认证。

面对地缘政治与供应链重构，吕朕强调：”标准是穿越不确定性的锚点。当中国3D打印设备出口额突破19亿美元（占全球38%），ASTM-ISO联合标准正成为新时代的制造通行证。”这种”中国产能+国际标准”的双轮驱动模式，或将重塑全球增材制造产业版图。

TCT高端对话

不仅呈现了这些前沿探索的技术细节，

也折射出行业在全球视野下的战略思考。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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3D科学谷洞察

“下一步，根据人工智能模型的预测和分析结果，调整粘结剂喷射3D打印工艺参数，如粘结剂喷射速度、粉末层厚度和固化条件，以降低毛孔缺陷的发生率.”

佛罗里达州立大学FAMU-FSU 工程学院的研究人员正在使用人工智能创建新工具，以帮助发现3D打印中的缺陷，该项目由美国空军科学办公室 （Air Force Office of Scientific R） 支持，资助金额达220 万美元。

左起：Tarik Dickens 副教授、Hui Wang 副教授和助理教授 Rebekah Downes 在 FAMU-FSU 工程学院材料研究大楼高性能材料研究所的实验室中合影。该项目由 Hui Wang 副教授领导，用于使用人工智能技术推进增材制造的缺陷预测。

佛罗里达州立大学FAMU-FSU 工程学院的工程师将与宾夕法尼亚州立大学和惠普的研究人员合作，使用组合泛化 （CG） 来提高用于预测 3D 打印缺陷的模型的准确性。

该项目的重点是粘结剂喷射3D打印技术，这是一种使用液体粘结剂粘结金属粉末材料的3D打印技术，该技术对于创建具有复杂几何形状的高性能组件至关重要，并且能够比其他金属3D打印技术实现更高的生产率。这种基于粉末床的制造技术挑战之一是了解所打印的生坯零件是如何变得多孔或充满小孔，这是由粉末扩散和粉末-液滴相互作用导致的常见缺陷。

为了解决这个问题，研究人员将使用开发的人工智能工具组合泛化，该工具可以根据从多个数据源学习的分段知识，使 AI 能够对新场景进行推理。

组合泛化（Combinatorial Generalization，CG）在增材制造缺陷预测中的优势如下：

提高预测准确性

强大的模式识别能力：CG能够识别数据中复杂且微妙的模式和关系，这是传统方法难以做到的。例如它可以发现不同工艺参数与缺陷出现之间的隐含关联，从而做出更准确的预测。

多源数据融合优势：它可以有效整合来自多种数据源的信息，比如热像仪、CCD相机以及其他传感器的数据。这种融合让其对制造过程有一个全面的了解，进而提升缺陷检测的准确性。

提升泛化能力

适应新场景能力强：CG能够基于从多个数据源学到的知识片段，对新场景做出推理，就像人类的认知一样，可以根据已有的知识和模式产生新的解决方案。例如它可以依据对之前遇到的材料和设计中缺陷的理解，来预测新类型材料或几何形状中的缺陷。

跨项目缺陷预测：它可以在不同项目之间迁移知识，这在新项目数据有限时特别有用，能够帮助快速适应新的制造设置和材料。

增强效率

减少对大量训练数据的依赖：传统机器学习模型通常需要大量标注过的训练数据才能表现良好，而CG能在较少的训练数据下做出更准确的预测，因为它可以利用已有的知识。

加快检测与响应速度：通过在制造过程的早期准确预测缺陷，CG可减少用于后续制造检验和返工的时间与资源，使整个生产过程更高效。

增强可解释性

提供可解释的预测结果：CG技术可以解释为何会做出某些预测，这对于理解缺陷产生的根本原因以及为工艺调整做出明智决策非常重要。

推动制造民主化

让小制造商也能受益：CG让先进的缺陷预测能力更易于被那些可能没有丰富经验或资源的制造商所使用，有助于小型公司或增材制造领域的新手快速扩大生产规模并提升产品质量。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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3D科学谷洞察

“ 目前所有算法，包括监督、无监督和强化算法都已在 AM-增材制造中使用。无监督和强化算法可以从过程中本地学习并开发模型，并在同一构建中改变参数以减少错误、最小化缺陷或定制微观结构。在这种情况下，本地监控、本地数据处理、结果分析和本地控制反馈是必不可少的。”

近日，多伦多大学材料科学与工程系Yu Zou (邹宇) 教授以及第一作者Xiao Shang (尚笑) 等研究人员在增材制造（AM）领域取得重要进展，特别是在激光定向能量沉积（L-DED）工艺优化方面提出了全新的AIDED框架。该研究成果以《Accurate Inverse process optimization framework in laser directed energy deposition》为题，发表在增材制造领域顶级期刊《Additive Manufacturing》上。该研究得到了加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）等多个项目的支持，为增材制造工艺的高效优化提供了新的解决方案。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

 研究背景与挑战

增材制造，尤其是激光金属增材制造，因其能够制造复杂形状的部件而备受关注。然而，工艺参数的优化一直是该领域的一大挑战。传统的工艺优化方法通常依赖于耗时的试错过程，且难以同时满足多个优化目标。尽管模拟技术有所进展，但其计算资源需求大，难以在实时工业应用中推广。因此，开发一种快速、准确的工艺优化方法成为了推动增材制造技术广泛应用的关键。

Accurate Inverse process optimisation framework in laser Directed Energy Deposition (AIDED) 框架的创新

研究团队提出的AIDED框架结合了机器学习模型和遗传算法，能够快速、准确地预测单道、多道和多层熔池的几何形状，并通过逆向优化直接从用户指定的优化目标中识别出最佳工艺参数。

▲Figure 1 AIDED 框架示意

该框架的核心优势在于：

1. 高精度预测：AIDED框架能够准确预测单道熔池的面积（R²得分0.995）、多道熔池的倾斜角度（R²得分0.969）以及多层熔池的截面几何形状（宽度和高度误差分别为1.75%和12.04%）。

▲Figure 2 单熔道熔池截面形貌预测结果

2. 逆向优化：AIDED框架能够在1-3小时内从用户自定义的应用目标中逆向识别出最佳工艺参数，显著提高了工艺优化的效率。

▲Figure 3 基于机器学习和基因算法的参数优化结果

3. 材料通用性：该框架展示了良好的材料通用性，仅需少量额外数据即可将其应用于其他材料系统，如纯镍。

 实验验证与应用

研究团队通过实验验证了AIDED框架的有效性，成功解决了多目标优化问题，识别出在保证高打印速度和小有效轨道宽度情况下的最佳工艺参数。实验结果表明，使用AIDED框架优化的打印件密度超过99.9%，且打印速度显著提升。例如，在打印一个10 mm × 10 mm × 5 mm的立方体时，最快打印时间仅为101.9秒，有效轨道宽度最小可达0.392 mm。

▲Figure 4 实验验证优化结果尺寸精度以及孔隙率

 未来展望

AIDED框架的成功开发为增材制造工艺优化提供了新的工具，特别是在激光定向能量沉积领域。该框架不仅能够显著减少工艺优化的时间和成本，还能够通过逆向优化快速识别出最佳工艺参数，极大地推动了增材制造技术在工业中的应用。未来，研究团队计划进一步扩展该框架的应用范围，涵盖更多材料系统，并探索其在复杂形状零件制造中的潜力。

文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104736

总结

多伦多大学Yu Zou (邹宇) 教授团队提出的AIDED框架为增材制造工艺优化提供了高效、准确的解决方案，特别是在激光定向能量沉积领域。该框架的成功应用不仅提升了打印效率和质量，还为增材制造技术的广泛应用奠定了坚实基础。未来，随着该框架的进一步优化和扩展，增材制造技术将在更多工业领域发挥重要作用。

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3D科学谷洞察

“ 基于仿真模型的指导，有助于对缺陷的预测和抑制，下一步，结合人工智能可及时发现并纠正生产过程中的问题，减少因缺陷导致的生产中断和延误，提高生产效率。通过高保真模拟，企业可以在虚拟环境中对不同的工艺参数和材料组合进行快速评估和优化，减少实验次数和时间，缩短产品研发周期。”

新加坡国立大学与香港城市大学的科研人员报道了增材制造粉末飞溅和气体卷入导致缺陷的形成机制-气体、熔池和粉末动力学的高保真建模研究。相关论文以“Defects caused by powder spattering and entrainment in laser powder bed fusion process: High-fidelity modeling of gas, melt pool and powder dynamics”为题发表在《Acta Materialia》上。

产品质量不一致是阻碍激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术在各个行业广泛应用的主要瓶颈之一。质量不一致的一个重要原因是在熔化过程中由粉末飞溅和卷入所导致的缺陷。然而，由于多相流具有高度动态的特性，缺陷形成的机制仍不明确。

在此，科研人员开发了一个多物理场仿真模型，并通过实验验证，同时阐明熔化过程中的气体、熔池和颗粒动力学。高保真的仿真成功揭示了缺陷形成的机制。特别是，热飞溅物聚结所导致的大团聚体很可能会引发未熔合和孔隙缺陷。在多材料激光粉末床熔融工艺中，粉末卷入很可能会导致颗粒夹杂缺陷。此外，卷入颗粒的动量会改变熔池尾部的流场。在仿真的指导下，提出了熔化过程中缺陷产生的判据，这有利于对缺陷进行实时检测和抑制。对由粉末飞溅和卷入所导致的缺陷的深入理解，为提高激光粉末床熔融工艺成型零件质量的一致性提供了有价值的指导。
关键词：增材制造；激光粉末床熔融；缺陷；粉末飞溅和卷入；多物理场建模；气体-熔池-粉末动力学

图1.蒸发模型中气流结构示意图
图2.计算域和网格示意图
图3.熔化过程中的多相流
图4.热飞溅物的形成
图5.热飞溅物聚结形成的大团聚体
图6.大团聚体导致的缺陷
图7.大团聚体导致的缺陷产生判据
图8.大团聚体引发的缺陷“连锁反应”
图9.粉末卷入导致的颗粒夹杂缺陷
图10.卷入颗粒对流场和元素分布的影响

在本研究中，开发了一个计算流体动力学（CFD）-离散元法（DEM）-相图计算（CALPHAD）耦合模型，同时阐明单材料和多材料激光粉末床熔融（LPBF）工艺中的气体、熔池和颗粒动力学。该研究的模型已通过不同材料和加工参数的实验验证。通过高保真模拟，成功揭示了由粉末飞溅和卷入导致的缺陷形成机制。主要结论如下：

（1）热飞溅物聚结形成的大团聚体可能会在激光粉末床熔融成型零件中引发未熔合和气孔缺陷。热飞溅物主要源自蒸汽射流区域附近的熔化粉末颗粒。这些热飞溅物随后与其他颗粒聚结形成大团聚体。当大团聚体进入激光束作用范围时，凹陷区塌陷并形成气孔。与此同时，在凹陷区塌陷后，基底上的粉末床可能无法完全熔化，从而导致未熔合。如果大团聚体在激光束作用范围内的停留时间大于临界值，暂时性缺陷就会保留在熔道中并成为永久性缺陷。

（2）在多材料激光粉末床熔融工艺中，粉末卷入可能会导致颗粒夹杂缺陷。在单材料激光粉末床熔融工艺中，熔体温度高于粉末颗粒的液相线温度，因此卷入的颗粒在浸入熔池之前能够完全熔化。然而，在多材料激光粉末床熔融工艺中，由于不同原料之间的冶金反应，熔体温度可能会低于粉末颗粒的液相线温度。这使得粉末颗粒在未熔化的情况下浸入熔池，从而导致颗粒夹杂缺陷。此外，粉末卷入会改变熔池尾部的流场。当熔池尾部的粉末卷入不对称时，卷入颗粒的动量可能会使熔池流从对称的涡流转变为单涡流。流场的变化直接影响熔池尾部金属元素的传输，这可能会改变熔道顶部的元素分布。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120816

来源
长三角G60激光联盟l

顶刊Acta：增材制造缺陷形成机制-气体、熔池和粉末动力学的高保真建模

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“ 材料或形态梯度的排列决定了多材料组件的特性和功能，在多材料增材制造组件中，可以使用异质成分过渡或平滑的浓度梯度来消除明显的边界。”

异种金属的增材制造通过结合不同材料的物理特性，可实现组件局部减重、性能增强及多功能集成，例如轻质铝与高导热铜的结合在热交换器和导电部件中潜力巨大。

然而，异种金属间热物理性质差异显著（如熔点、热膨胀系数），加之工艺参数不易确定，易导致元素偏析、残余应力、裂纹及脆性金属间化合物的形成，严重影响构件性能。传统实验方法难以实时观测熔池动态行为与元素分布，限制了工艺优化效率。同步辐射X射线成像技术能够穿透材料内部，实时捕捉密度差异大的熔体流动与混合过程，为揭示异种金属的增材制造中的缺陷形成机制、实现高通量参数筛选提供了关键手段。

上海交通大学材料科学与工程学院特种材料研究所团队联合澳大利亚皇家墨尔本理工大学马前教授等人，提供了一种通过X 射线成像进行高通量参数筛选的新方法。通过原位X射线成像技术揭示了激光定向能量沉积中铝/铜合金的熔池动态行为，同时提出了非平衡凝固模型来量化元素分布，将成分、工艺参数与扩散和凝固偏析联系起来。相关研究以”High-throughput screening of process parameters and composition in laser additive manufacturing via in-situ X-ray imaging”为题发表于《Scripta Materialia》。第一作者为上海交通大学博士生张晓林，王洪泽副教授和吴一副研究员为共同通讯作者，共同作者包括王浩伟讲席教授、马前教授、孙华助理研究员、夏存副研究员、唐梓珏博士、王安博士、王茂松博士和博士生魏强龙。

增材制造中AlSi7Mg/CuCrZr的熔化行为通过原位X射线成像实时监测。研究发现了两种流动模式：均匀混合（马兰戈尼流主导）与非均匀混合（逆时针涡流），如视频1、视频2所示。通过追踪示踪粒子的速度量化熔体流速，提出净线性能量输入ΔQ（ΔQ = Qi – Qp，Qi 为激光输入能量，Qp为粉末熔化所需能量）作为关键参数（图2）。当ΔQ > 0时，较大的熔体流速促进元素均匀混合；反之则因能量不足导致Cu富集与流动受限。

图2 熔池动力学：(a)不同成分和加工参数下两种熔化流动模式，(b1) – (b2) 流动模式示意图，(c) 示踪粒子速度间接量化的熔体流动速率统计，(d)熔体流速与 ∆Q之间的关系，∆Q 表示净线性能量

针对凝固过程，建立了基于非平衡分配系数的数学模型，结合Péclet数来量化凝固界面元素偏析情况（图3）。研究发现，均匀混合模式下，熔体流速超过0.05 m/s时，凝固时局域平衡占主导，Cu元素没有明显的偏析；而低流速下发生溶质截留和Cu元素的明显偏析。通过X射线灰度值反推元素浓度（Lambert-Beer定律），建立了流速与凝固偏析的映射关系，为抑制IMCs提供了理论依据。凝固组织的形成需结合熔化与凝固过程的共同作用进行分析。非均匀混合模式下，Al/Cu热膨胀系数差异引发应力集中，沿晶界形成微裂纹；均匀混合时，铜元素的凝固偏析仍可能形成低熔点共晶液膜，加剧裂纹敏感性。然而，流速足够高时，熔体强对流促使铜合金粉末快速重分布，减少局部的Cu富集并抑制液膜形成，最终获得无裂纹的组织。

图3 (a) 不同 Péclet数下的非平衡分配系数和熔体流动速率。(b)局域平衡和(c) 溶质截留凝固行为下对应的熔池内的铜元素分布

本研究通过原位X射线成像与非平衡凝固模型的结合，实现了异种金属激光增材制造中参数与成分的高通量筛选，揭示了能量输入对异种金属熔体流动和凝固行为的影响机制，为偏析的抑制和性能的提升提供了新方法。该成果对航空航天、电子器件等领域的多功能梯度材料开发具有重要指导意义。

本论文得到科技部重点研发计划国际合作项目、国家自然科学基金等经费的资助。感谢上海光源快速X光成像光束线站(https://cstr.cn/31124.02.SSRF.BL16U2)在X射线成像方面提供的技术支持。

团队现长期诚聘激光增材制造/激光成形工艺和装备，增材制造材料表征（微观组织、力学性能、疲劳），增材制造过程同步辐射成像、增材制造超结构等方向博士后。联系人：王洪泽 (hz.wang@sjtu.edu.cn)。

内容来源:上海交通大学特种材料研究所

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“ 基于氧化物弥散强化的策略实现了分辨率低于100μm（约70μm）的铜的增材制造，突破了传统激光增材制造铜部件时因铜的高反射率和高导热性导致的分辨率限制，使打印出的铜部件具有更精细的结构。”

具有高强度和导电性的三维（3D）复杂铜（Cu）器件，对于包括电信、电子和热管理等在内的广泛应用领域而言至关重要。激光增材制造（AM），也被称为3D打印技术，近年来取得的进展已能够实现具有复杂几何形状的铜部件的净成形。然而，铜的激光增材制造面临的一个重大挑战在于难以控制打印缺陷，例如未熔合或锁孔型气孔等，这些缺陷与铜的固有物理特性有关——铜对红外激光的高反射率以及高导热性，而这些特性对激光加工非常不利。

为制造致密且无缺陷的铜部件，常常需要高能量输入，以弥补因激光反射和散热而造成的能量损失。由于对铜的吸收率有所提高，短波长（绿色或蓝色）激光束源已被广泛应用于制造相对密度较高的铜部件的激光增材制造中。然而，提高铜对能量的吸收不可避免地会导致严重的材料熔化，进而降低打印分辨率，从而在材料密度和打印分辨率之间形成一种权衡取舍。

此外，在高能量输入下，Cu的液态熔池会发生显著的体积膨胀和扰动，这会导致表面粗糙度较高。目前为止，激光增材制造铜所能达到的最小特征尺寸局限于100至200微米，表面粗糙度Ra在5至20微米之间，阻碍了器件性能的进一步提升。

【成果速览】

在此，香港大学陆洋教授、香港中文大学宋旭教授报道了一种简便的氧化物弥散强化（ODS）策略，该策略能够通过激光粉末床熔融技术实现分辨率低于100μm（约70μm）的铜的增材制造。这种氧化物弥散强化策略从氧辅助气体雾化开始，将超细的氧化亚铜（Cu₂O）纳米颗粒引入到纯铜粉末原料中。

这些纳米级弥散相不仅提高了激光吸收率和熔体的粘度，还促进了动态润湿行为。经过氧化物弥散强化的铜展现出约450MPa的显著屈服强度和约12%的较大均匀延伸率，同时保持了高导电性。作为一个示例，科研人员打印了一个经过氧化物弥散强化的铜微结构太赫兹（THz）天线，与传统3D打印的纯铜天线相比，其信号强度提高了2.5倍。

相关成果以「Oxide-dispersion-enabled laser additive manufacturing of high-resolution copper」为题刊登在Nature Communications上。

【数据概况】

图1. 基于氧化物弥散强化（ODS）技术实现的Cu的激光增材制造。
图2. 经ODS技术处理的Cu的微观结构。
图3. 增材制造的经ODS处理的铜与纯铜在打印分辨率和熔体行为方面的比较。
图4. 经ODS处理的铜的高分辨率打印机制。
图5. 增材制造的经ODS处理的铜与纯铜的力学性能和电学性能。
图6. 经ODS处理的Cu基THz发射阵列天线的表征及功能性能。

【结论展望】
通过在气体雾化阶段利用原位氧化引入纳米级的Cu₂O强化颗粒，开发出了一种简便的可用于3D打印的ODS铜的策略，这种简便的ODS策略可以通过微调气体雾化过程中的氧含量轻松实现，从而能够控制改性氧化亚铜颗粒的形成。

经ODS处理的增材制造铜呈现出具有高密度、均匀分散纳米颗粒的多尺度晶粒和亚晶粒微观结构，使其具有450MPa的高屈服强度和80%国际退火铜标准的电导率。

此外，由于激光吸收率提高、熔体粘度增大，以及在高温和低温下独特的动态润湿转变，实现了小至约70μm的超细特征尺寸和纳米级的表面粗糙度。未来，该策略有望扩展其在铜合金中的应用，以提高打印分辨率和整体性能。作为一个示范案例研究，高分辨率的经氧化物弥散强化处理的铜被用于激光粉末床熔融（PBF-LB）工艺，以制造性能显著提升的太赫兹（THz）微结构天线，这表明其在未来电信应用中的巨大潜力。

原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58373-6

来源
材料设计 l

Nature子刊！港大陆洋&港中大宋旭：基于氧化物弥散强化实现高分辨率铜的增材制造

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