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    我国学者和国外合作者在材料–结构–性能一体化激光金属增材制造方面取得进展

    日期 2021-06-03   来源:工程与材料科学部   作者:赖一楠 李宏伟 叶鑫  【 】   【打印】   【关闭

    图1 材料–结构–性能一体化增材制造(MSPI-AM)的概念及内涵

      在国家自然科学基金项目(批准号:51735005、51921003、51790171)等资助下,南京航空航天大学顾冬冬教授团队联合中、德、美、英等国学者,在材料–结构–性能一体化激光金属增材制造研究领域取得进展。相关研究综述论文以“材料–结构–性能一体化激光金属增材制造(Material-structure-performance integrated laser-metal additive manufacturing)”为题,于2021年5月28日在《科学》(Science)杂志发表。论文链接:https://science.sciencemag.org/content/372/6545/eabg1487。

      激光增材制造逐点逐域的局部成形特性,决定了工艺过程和成形性能涉及宏观–介观–微观至少6个数量级的大跨尺度形性协调,这是其核心科学挑战。传统增材制造遵循典型的“串联式路线”,即结构设计–材料选择–加工工艺–实现性能;但因材料、结构和工艺等多因素耦合规律复杂,激光增材制造精确成形需反复试错,造成金属构件高性能目标实现困难。为应对上述挑战,该团队提出了“材料–结构–性能一体化增材制造”(MSPI-AM)这一整体性概念,发展新的材料–结构–工艺–性能一体化“并行模式”(图1),在复杂整体构件内部同步实现多材料设计与布局、多层级结构创新与打印,以主动实现构件的高性能和多功能。

      该团队面向下一代空间探测器着陆器系统的整体化和多功能化发展趋势,定义了材料–结构–性能一体化增材制造的两大特征及内涵,即“适宜材料打印至适宜位置”“独特结构打印创成独特功能”;建立了材料–结构–性能一体化增材制造的跨尺度实现原理及调控方法,包括微观尺度的材料组织与界面调控、介观尺度的粉末激光熔凝及致密化工艺控制、宏观尺度的构件结构与性能精确协调。

      同期Science主编以“跨尺度调控”为题,对论文做了亮点评述,认为“激光增材制造有望变革零部件的设计方式。顾等人建议将串联式设计和成形的增材制造策略,变革至更为整体性的方法来优化金属构件。这种更为综合的方法将有助于减少制造所需的工序数量,并扩大可用于最终应用零部件的结构类型。”




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