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World File Search System增材制造
1 增材制造简介
我们周围的每一个人造物体都有一段独特的历史。这段历史就是原材料的演变过程，这些原材料通过人类的干预从地球上开采出来，并被制成可用的形式。人类的发展始终与改变原材料演变历史，将其变成可用的产品（制造业）息息相关，以追求更高效、更灵活的发展。今天，在二十一世纪的最初几十年里，增材制造 (AM) 是制造业中最先进、最前沿的技术。它以“3D 打印”的形式成为人们关注的焦点，并通过范式转变颠覆了研发领域，逐渐引领了第四次工业革命。然而，我们只有通过了解传统制造技术及其演变，才能充分认识到 AM 的价值。本章首先介绍了制造业的历史和 AM 方法。它讨论了 AM 相对于传统制造业的优势，同时考虑了 AM 目前面临的挑战。本章的其余部分介绍了基于激光的 AM，这是 AM 技术的最前沿。总的来说，了解这些技术的基本方面及其效果是本书的主要目标。
增材制造的进步
Prof. Dr.-Ing. Prashanth Konda Gokuldoss (KG Prashanth) 现担任爱沙尼亚塔林理工大学增材制造实验室主任兼教授。他的研究领域包括制造和生产工程（包括但不限于增材制造、粉末冶金、铸造和锻造）、材料科学、冶金学、材料机械测试、材料热处理、复合材料、焊接冶金学、凝固等）。他曾在各种国内和国际会议、研讨会和研讨会上发表过多次主题演讲、受邀演讲、口头和海报展示。他曾获得过多个奖项，包括印度金属研究所布巴内什瓦尔分会颁发的 SK Tamotia 铝冶金研究奖、意大利罗马第 25 届亚稳态、非晶态和纳米结构材料国际研讨会颁发的 2018 年 ISMANAM 青年科学家奖等。他在同行科学评审的国际期刊上发表了近 175 篇研究论文，H 指数为 41，引用次数为 7,200（谷歌学术）。此外，他被 2019/2020/2021 年斯坦福调查评为全球前 2% 的材料科学家。
增材制造前沿
与其预见和准备应对太空任务中可能出现的所有机器故障、事故和其他挑战，不如利用增材制造的灵活性进行“太空制造”（ISM），这似乎是合乎逻辑的。载人航天任务依赖于复杂的设备，其安全运行是一项巨大的挑战。考虑到载人登月和火星任务的绝对距离，从地球运送用于维修和更换丢失设备的备件将需要太多时间。由于设计灵活性高，并且能够直接从计算机辅助模型制造即用型组件，增材制造技术在这种情况下似乎极具吸引力。此外，还需要适当的技术来制造宇航员在月球和火星上长期居住的建筑栖息地以及材料/原料。将设备和材料送入太空的能力不仅非常有限且成本高昂，而且还引发了人们对地球环境问题的担忧。因此，并非所有材料都能从地球运送，人们正在设想利用原地资源的战略，即原地资源利用（ISRU）。对于复杂零件和设备的制造以及大型基础设施，需要开发适当的太空材料加工技术。
增材制造快报
在本研究中，采用高通量 (HT) 方法来快速评估 83 种增材制造的 316L 不锈钢的表面特性。表面粗糙度 (S a) 的变化与无量纲数 (π) 呈现出良好的相关性，并与内部孔隙缺陷直接相关。未熔合状态与高表面粗糙度 (S a > 5 μm)、低无量纲数 (π < 61) 以及熔池轨道之间存在空洞有关。球化状态与高表面粗糙度 (S a > 5 μm)、中等无量纲数 (61 < π < 146) 和不均匀的熔池轨道宽度相关。锁孔状态表现出低表面粗糙度 (S a < 5 μm)、高无量纲数 (π > 146) 和弯曲的熔池轨道。这种方法加速了工艺参数的发现，并最大限度地减少了 LPBF 工艺的孔隙缺陷。缺陷对加工后拉伸力学性能的影响表明，具有孔隙度的样品的拉伸强度比最佳样品低 10%，延展性低 30%。
金属增材制造
速度约为 70 cm3/h，构建体积限制为 400×400×400 mm3。SEBM 工艺与 SLM 类似，不同之处在于，SEBM 使用电子束代替激光在真空室中预热和熔化粉末床层 [7,8]。SEBM 的构建速度更快（高达 100 cm3/h），但表面光洁度较差（15-35 Ra，而 SLM 为 4-11 Ra）。LMD 是一种增材制造工艺，其中零件被逐层熔覆 [8]。粉末不是选择性地熔化先前沉积在粉末床上的材料，而是通过惰性气体将粉末带入激光束中，在那里熔化，然后送入工件，在那里它们与先前沉积的薄表面层熔合。该技术的优势在于对构建尺寸没有限制，最高构建速度（高达 300 cm3/h）为
增材制造——NSF-PAR
增材摩擦搅拌沉积是一种新兴的固态增材制造技术，可在特定位置沉积具有细小等轴微观结构和优异机械性能的高质量金属。通过结合适当的加工，它有可能生产出大规模的复杂 3D 几何形状。该技术仍处于发展早期，尚未彻底了解热过程的基本原理，包括温度变化和产热机制。在这里，我们旨在通过使用互补红外成像、热电偶测量和光学成像对热场和材料流动行为进行现场监测来弥补这一空白。研究了两种难以通过基于光束的增材技术打印的材料，即 Cu 和 Al-Mg-Si。在两种材料的增材摩擦搅拌沉积过程中，我们发现热特征的趋势相似（例如，峰值温度 T Peak、曝光时间和冷却速率的趋势）相对于加工条件（例如，工具旋转速率 Ω 和面内速度 V ）。然而，Cu 和 Al-Mg-Si 之间存在显著的定量差异；T 峰值在 Cu 中与 Ω / V 呈现幂律关系，但在 Al-Mg-Si 中与 Ω 2 / V 呈现幂律关系。我们将这种差异与通过原位材料流动表征观察到的不同界面接触状态相关联。在 Cu 中，材料和刀头之间的界面接触以完全滑动状态为特征，因此界面摩擦是主要的发热机制。在 Al-Mg-Si 中，界面接触以部分滑动/粘附状态为特征，因此界面摩擦和塑性能量耗散都对热量的产生有重大贡献。
航空航天热交换器的增材制造
• 使用优化参数的 Renishaw AM400 机器制造了无裂纹的 HAYNES ® 282 ® ，这是一种专为高温结构应用而开发的超级合金。打印合金中孔隙率的降低与激光参数有关，包括激光速度、图案填充距离和其他因素。 • L-PBF 制造的 HAYNES ® 282 ® 的典型结构由柱状结构、等轴晶粒和超细晶粒组成。加工参数对强化相的析出起着至关重要的作用，在使用棋盘和蛇形图案打印的合金中分别观察到球形和立方体强化相。 • L-PBF 制造的 HAYNES ® 282 ® 在打印和热处理状态下都表现出优异的机械性能，具有高屈服强度和极限拉伸强度 (UTS)。