中國粉體網(wǎng)訊  南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、江蘇省高性能金屬構(gòu)件激光增材制造工程實(shí)驗(yàn)室教授顧冬冬團(tuán)隊(duì),，提出材料—結(jié)構(gòu)—性能一體化激光金屬增材制造的整體性概念,。5月28日，相關(guān)綜述論文發(fā)表于《科學(xué)》,。

高性能金屬構(gòu)件是航空,、航天、交通,、能源等現(xiàn)代工業(yè)的基石,，且高端裝備的服役性能很大程度上取決于構(gòu)件的高性能。激光增材制造（3D打�,。┘夹g(shù)可滿足現(xiàn)代工業(yè)對難加工金屬構(gòu)件短周期,、高精度、高性能制造的重大需求,。

但激光增材制造逐點(diǎn)逐域的局部成形特性,，決定了工藝過程和成形性能涉及宏觀—介觀—微觀至少6個(gè)數(shù)量級的大跨尺度形性協(xié)調(diào)。傳統(tǒng)增材制造遵循典型的串聯(lián)式路線,，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—材料選擇—加工工藝—實(shí)現(xiàn)性能,；但因材料、結(jié)構(gòu)和工藝等多因素耦合規(guī)律復(fù)雜,，激光增材制造精確成形需反復(fù)試錯(cuò),，造成金屬構(gòu)件高性能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)困難,。

針對這些問題，顧冬冬團(tuán)隊(duì)發(fā)展了新的材料—結(jié)構(gòu)—工藝—性能一體化“并行模式”,，在復(fù)雜整體構(gòu)件內(nèi)部同步實(shí)現(xiàn)多材料設(shè)計(jì)與布局,、多層級結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與打印，以主動(dòng)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的高性能和多功能,。

研究人員面向下一代空間探測器著陸器系統(tǒng)的整體化和多功能化發(fā)展趨勢,，針對隔熱/防熱、減震抗沖擊,、空間抗輻射等多功能需求,，創(chuàng)新發(fā)展出鱗腳蝸牛殼的層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)、水蜘蛛的水泡構(gòu)型,、多孔蜂窩等仿生結(jié)構(gòu),，并基于陶瓷/金屬梯度復(fù)合材料、碳納米管增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料等多材料設(shè)計(jì)與布局,，實(shí)現(xiàn)了仿生多材料整體構(gòu)件的材料—結(jié)構(gòu)—性能一體化增材制造及其高性能/多功能,。

顧冬冬表示,，該方法實(shí)現(xiàn)了“適宜材料打印至適宜位置”和“獨(dú)特結(jié)構(gòu)打印創(chuàng)成獨(dú)特功能”,。前者從合金和復(fù)合材料內(nèi)部多相布局,、二維和三維梯度多材料布局,、材料與器件空間布局3個(gè)復(fù)雜度層級,，揭示了多材料構(gòu)件激光增材制造的科學(xué)內(nèi)涵,、成形機(jī)制與實(shí)現(xiàn)途徑,。后者揭示了拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu),、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),、仿生結(jié)構(gòu)增材制造的本質(zhì)是分別將優(yōu)化設(shè)計(jì)的材料及孔隙,、最少的材料、天然優(yōu)化的結(jié)構(gòu)打印至構(gòu)件內(nèi)最合適的位置,，提出了基于上述三類典型結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及增材制造實(shí)現(xiàn)輕量化,、承載、減震吸能,、隔熱防熱等多功能化的原理,、方法、挑戰(zhàn)及對策,。

此外,，研究人員還建立了材料—結(jié)構(gòu)—性能一體化增材制造的跨尺度實(shí)現(xiàn)原理及調(diào)控方法，包括微觀尺度的材料組織與界面調(diào)控,、介觀尺度的粉末激光熔凝及致密化工藝控制,、宏觀尺度的構(gòu)件結(jié)構(gòu)與性能精確協(xié)調(diào)。

他們進(jìn)一步對“材料—結(jié)構(gòu)—性能一體化增材制造”未來發(fā)展方向進(jìn)行了總結(jié)與展望，包括更加數(shù)字化的材料創(chuàng)成和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,、更具自主決策功能的打印裝備,、更加智能化的打印過程、更加多元融合的打印工藝,、更加綠色可持續(xù)的打印技術(shù)及應(yīng)用等,。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abg1487

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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