《中国激光》综述高性能金属材料构件的激光增材制造技术概览

航空航天制造，作为世界科技强国竞争的焦点之一，其背后离不开高性能金属构件的支持。这些构件需要兼具轻量化、难加工与高性能等特性。激光增材制造技术为此领域带来了全新的工艺技术途径，应对了航空航天发展中的新挑战。近年来，全球范围内在激光增材制造的新材料研发、结构设计、高性能构件形性调控等方面取得了显著进展。

南京航空航天大学材料科学与技术学院的顾冬冬教授，被邀请撰写了《航空航天高性能金属材料构件激光增材制造》长篇综述论文，并作为封面论文发表。这篇论文系统地论述了航空航天领域三类典型应用材料的激光增材制造及航空航天应用进展，并对该技术未来的发展方向进行了总结和展望。

本文重点聚焦于高性能制造领域的新型高性能材料。激光增材制造构件的力学性能和应用的提升，离不开新型高性能材料的研制。在金属激光增材制造过程中，会遇到一系列冶金缺陷，如孔隙、裂纹等，这是由材料的物理和化学特性决定的。以铝合金为例，其特殊的物理和化学性质使其成为了激光增材制造的难加工材料。为了提升激光增材制造构件的力学性能和应用的水平，专用面向激光增材制造的新型合金的开发尤为重要。例如，Al-Mg-Sc-Zr合金可以生成纳米弥散强化相，提升抗拉强度和延伸率。

除了新型高性能材料外，“多相材料可设计性”和工艺“高可控性”也是重要的研究方向。纳米复合、原位增强及梯度界面设计等技术途径可以有效提升传统金属的强度和韧性。激光增材制造金属基复合材料的过程中，选材的设计性和工艺的可控性是关键。顾冬冬教授团队发现了高能激光特有的加热方式和能量特点，能够创造出新颖的微观生长和分布结构，提升成形件的力学性能。

激光增材制造技术在航空航天领域具有巨大的潜力，从新型材料的研发到工艺的优化，再到构件性能的提升，都展现出了明显的优势。随着技术的不断进步，我们期待这一领域能取得更多的突破性进展。激光增材制造工艺：调控与优化，再创新突破

激光增材制造工艺是现代金属构件制造中的关键手段，其工艺调控及技术创新为金属构件的显微组织改善及性能提升提供了根本动力。这一领域的研究涉及多个方面，包括工艺参数、扫描策略、成形方向及布局等，它们对构件的成形质量、显微组织及力学性能产生深远影响。通过调控激光线能量密度和激光体能量密度，可以有效提升线成形和体成形质量，为金属构件的精确化、稳定化控制提供关键指标。顾冬冬教授团队深入研究了粉体与激光的作用机制，构建了激光增材制造工艺的优化方法，实现了对显微组织、冶金缺陷、残余应力及成形性能的全面控制。

激光增材制造工艺的创新也展现出巨大的潜力。例如，将激光增材制造与超声振动、电磁场等多能场复合，可以显著改善显微组织和力学性能，对不同金属材料具有普适性。创新的结构设计也是增材制造的关键，尤其是针对大型金属构件和复杂结构的设计制造。通过激光熔化沉积技术和选区激光熔化技术，可以实现难加工金属材料的大型关键构件的制造。复杂整体构件和轻量化点阵构件的设计和制造也成为新的研究方向。通过仿生结构的设计和激光增材制造技术的融合，可以实现航空航天等领域轻量化金属构件的高性能化和多功能化。未来的研究趋势是朝着微观至宏观跨尺度的材料-结构-工艺-性能一体化发展。在这个过程中，激光增材制造技术将继续发挥重要作用，推动制造业的发展和创新突破。激光增材制造技术的未来探索与发展方向

随着科技的飞速发展，激光增材制造技术日益成为研究的热点。这一技术的未来研究与发展趋势中，以下几个方向值得我们进一步深入挖掘和关注：

一、卓越性能与多元功能的融合

追求高性能和多功能是激光增材制造的核心目标。为实现这一目标，我们将聚焦于材料、结构与工艺的一体化研究。借助激光增材制造技术的精确性，主动创造出高性能且多功能于一体的构件，满足日益复杂的工程需求。

二、多相与多材料的革新

激光增材制造正朝着“多相材料”和“多材料”的设计、制备与成形方向发展。这意味着，我们可以实现在构件的制造过程中，将不同的材料精确地添加至最佳位置，以提升构件的整体性能并优化其多功能性。

三、创新结构设计的突显

独特的结构能够实现独特的功能。激光增材制造技术在这一方向上拥有巨大的潜力。通过创新的结构设计，我们能够实现构件的高性能化和多功能化，同时展现出令人瞩目的设计美感。

四、工艺技术的全面进阶

针对全尺寸构件和全工艺流程的激光增材制造工艺，我们正在致力于构建更为完善的仿真、监测、反馈及工艺优化技术体系。这些关键技术的突破将全面提升激光增材制造工艺的技术水平、产品质量以及工业应用水平，推动激光增材制造技术的全面发展和工业应用的广泛普及。

随着科研人员的不断努力和技术的持续创新，激光增材制造技术未来的发展前景极为广阔，我们期待着这一领域能够带来更多的突破和惊喜。