借助场辅助增材制造，开发新材料，实现功能集成

时间：2024-08-07 21:13 来源：南极熊作者：admin 阅读：次

场辅助增材制造是一种结合不同能量场的固有优势来克服传统增材制造技术局限性的新型制造技术。通过引入外部能量场（如磁场、声学、机械、热场，以及等离子场、电场、耦合多场等）作为辅助手段，以改善沉积材料的微观结构、机械性能及成形质量的技术。

例如，增材制造中磁-热-变形场的耦合有可能提高材料的强度、延展性和疲劳性能。因为磁场可以促进等轴晶粒的形成，减轻机械各向异性和提高延展性，而热场能够在材料中原位形成强化沉淀物以获得更好的强度。同时，机械变形通过消除缺陷、细化晶粒和在材料中引起压应力来提高疲劳性能是可行的。此外，超声振动可以搅拌和混合熔池，这有可能用于解决复合粉末增材制造中的均匀性问题。当前，场辅助主要基于LPBF、LDED和WAAM工艺，并已应用于范围广泛的金属材料，包括铝合金、钛合金、镍基高温合金、镁合金和钢。辅助场对熔池对流和动力学、温度分布和微观结构凝固行为等有重大影响。

增材制造材料的定制化是一种发展趋势。除了系统和工艺的进步外，还应强调协同设计材料和制造工艺的创新，场辅助增材制造为开发新材料提供了机会。例如，热场可用于促进沉淀物的形成和调整相组成；与机械场相关的大变形可以促进再结晶和原位析出，因为它们分别具有高储存能量和更多的潜在成核位点；具有快速沉淀动力学的材料有可能在辅助机械场处理过程中实现原位沉淀。此外，在增材制造过程中部署声场可以分散有害的硬相偏析，这也提供了一个很好的机会来容纳材料中的高密度硬相（如钢中的 Laves 相）以强化材料作为有益相。因此，必须从材料设计的角度构建场辅助手段，以最终利用辅助场。

△场辅助对增材制造过程的作用机制总结

△辅助场对增材制造的贡献总结

使用场辅助开发异质结构和功能材料也是可行的。机械场可用于开发 BCC/FCC异质结构材料，因为机械应变可以诱导从FCC到BCC的转变。具体而言，在分层沉积中，交替施加机械应变（如滚压或锤击）可以获得分层BCC/FCC异质结构双相组分，这有可能实现更高的机械性能。除此之外，当前的金属增材制造技术无法对打印微结构的程序控制，因此缺乏对组件内材料复杂性的探索。在增材制造过程中使用辅助场可以在组件中局部调整晶粒尺寸/形状、相组成和应力水平，这能够定义不同区域的特性和性能以提高组件的整体性能，例如如强度-塑性协同、强度-疲劳组合、综合延性和耐磨性、综合强度-热性能、综合磁性和非磁性部件等。

(责任编辑：admin)

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