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借助場輔助增材制造，開發新材料，實現功能集成

時間：2024-08-07 21:13 來源：南極熊作者：admin 閱讀：次

場輔助增材制造是一種結合不同能量場的固有優勢來克服傳統增材制造技術局限性的新型制造技術。通過引入外部能量場（如磁場、聲學、機械、熱場，以及等離子場、電場、耦合多場等）作為輔助手段，以改善沉積材料的微觀結構、機械性能及成形質量的技術。

例如，增材制造中磁-熱-變形場的耦合有可能提高材料的強度、延展性和疲勞性能。因為磁場可以促進等軸晶粒的形成，減輕機械各向異性和提高延展性，而熱場能夠在材料中原位形成強化沉淀物以獲得更好的強度。同時，機械變形通過消除缺陷、細化晶粒和在材料中引起壓應力來提高疲勞性能是可行的。此外，超聲振動可以攪拌和混合熔池，這有可能用于解決復合粉末增材制造中的均勻性問題。當前，場輔助主要基于LPBF、LDED和WAAM工藝，并已應用于范圍廣泛的金屬材料，包括鋁合金、鈦合金、鎳基高溫合金、鎂合金和鋼。輔助場對熔池對流和動力學、溫度分布和微觀結構凝固行為等有重大影響。

增材制造材料的定制化是一種發展趨勢。除了系統和工藝的進步外，還應強調協同設計材料和制造工藝的創新，場輔助增材制造為開發新材料提供了機會。例如，熱場可用于促進沉淀物的形成和調整相組成；與機械場相關的大變形可以促進再結晶和原位析出，因為它們分別具有高儲存能量和更多的潛在成核位點；具有快速沉淀動力學的材料有可能在輔助機械場處理過程中實現原位沉淀。此外，在增材制造過程中部署聲場可以分散有害的硬相偏析，這也提供了一個很好的機會來容納材料中的高密度硬相（如鋼中的 Laves 相）以強化材料作為有益相。因此，必須從材料設計的角度構建場輔助手段，以最終利用輔助場。

△場輔助對增材制造過程的作用機制總結

△輔助場對增材制造的貢獻總結

使用場輔助開發異質結構和功能材料也是可行的。機械場可用于開發 BCC/FCC異質結構材料，因為機械應變可以誘導從FCC到BCC的轉變。具體而言，在分層沉積中，交替施加機械應變（如滾壓或錘擊）可以獲得分層BCC/FCC異質結構雙相組分，這有可能實現更高的機械性能。除此之外，當前的金屬增材制造技術無法對打印微結構的程序控制，因此缺乏對組件內材料復雜性的探索。在增材制造過程中使用輔助場可以在組件中局部調整晶粒尺寸/形狀、相組成和應力水平，這能夠定義不同區域的特性和性能以提高組件的整體性能，例如如強度-塑性協同、強度-疲勞組合、綜合延性和耐磨性、綜合強度-熱性能、綜合磁性和非磁性部件等。

(責任編輯：admin)

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