增材制造制备新材料的研究进展

材料是增材制造技术的基础，新材料的创造有望为增材制造技术增添新的内涵，并扩展这一先进技术的应用领域，从而为增材制造技术的未来发展提供新的机遇。应用增材制造技术“创造材料”的概念是基于从“使用材料”到“开发材料”逐步进化的科学过程。有研究表明，增材制造技术可以从根本上改变或扩展与结构-属性-工艺合成-性能相关的传统材料科学研究和工程应用，多种材料和多尺度结构为优化零件的整体性能提供了可能的途径。

结合材料设计，增材制造技术在新材料研究方面将有非常广泛的应用前景和研究价值。中国航发北京航空材料研究院的研究人员在此前发表综述性文章，较全面地呈现了增材制造技术在新材料研究方面的研究进展，重点评述了增材制造的材料设计，原料的选择，制造过程中的冶金行为和合成原理，以及由此产生的微观组织和性能，以及这些因素之间的关系。在此基础上，提出今后的研究方向或思路。

文章亮点

（1） 综述了近年来增材制造技术在制备新材料方面的研究进展；

（2） 从材料冶金、界面反应等角度评述了一些令人鼓舞的结果；

（3） 强调运用增材制造技术“开发新材料”或“创造新材料”的理念；

（4） 提出目前在增材制造领域仍存在一系列有待解决的科学、技术和工程问题。

重要知识

（1）粉末粒度和粒度分布的影响——粉末粒度分布对其流动性和热行为以及制品的机械性能有重要影响，增材制造部件的成形质量可由颗粒尺寸、尺寸分布、表面粗糙度和形状确定。

（2）精细微观结构的制备方法——激光增材制造过程中的原位反应，在原材料中添加难熔颗粒和添加稀土元素是有利于在增材制造构件中形成更精细微观结构的三个重要方法。另一方面，将磁场、振动或其他辅助措施结合到激光增材制造过程中，对改善激光增材制造构件的微观结构和性能具有很大的潜力。综合应用以上这些手段，将研究开发出一系列性能优异的新材料，因此这个领域充满了创新机遇。

（3）通过增材制造创造新材料——增材制造过程是一种的典型的极端非平衡凝固过程，其熔化和凝固行为完全偏离了常规制备工艺的平衡/近平衡凝固过程，这为增材制造新材料的研发提供了想象空间。采用增材制造工艺开发功能梯度材料、陶瓷增强金属基复合材料、超高温陶瓷或陶瓷基复合材料、高熵合金等新材料具有重要的研究和应用潜力。增材制造为新材料的研发开辟了全新的可能性，而这些材料可能难以通过传统工艺制备。

（4）高附加值产品修复与再制造——增材制造技术不仅可以应用于结构和材料的制备，还可以应用于零件的修复与再制造。针对具有经济价值高、制造周期长的这一类构件，例 如航空发动机和燃气轮机零部件，对零部件服役损伤和加工缺陷进行增材制造修复与再制造，可以有效节约成本，缩短周期。

（5）深刻理解和应用增材制造新材料的挑战——未来新材料增材制造面临的主要挑战包括：为获得增材制造部件所需的性能进行原材料设计；控制成形过程中的应力和变形、深入理解成形工艺和合成原理的；微观结构和性能的可再现性；降低各向异性程度的必要性；制造部件内部缺陷的预防，部件的无损检测，以及增材制造材料或相关部件制备的标准制定。采用计算机模拟精确预测微观组织结构，建立增材制造新材料的综合力学性能数据库，会变得非常必要，未来也许要花很长时间才能解决这个复杂的问题。

END

针对增材制造用材料，加强现有材料筛选、优化和制备研究，建立增材制造用材料标准体系；针对增材制造结构工艺控制，加强尺寸和设备精度、工艺路线合理化、过程质量控制、冶金质量控制等关键技术研究，满足增材制造结构的成形工艺需求， 建立以增材制造结构为基础的工艺控制系列标准；加强增材制造结构和材料的失效分析、检测评价和寿命预测技术研究，为增材制造零件可靠应用提供基础技术，建立合理可靠的增材制造零件的检测评价系列标准。加强结构和材料的基础研究和关键技术研究，为未来应用做技术储备，开展相应的标准系列研究。

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