先進材料的激光定向能量沉積（3）

來源：長三角G60激光聯(lián)盟

導讀：本綜述重點介紹了通過微分方程的材料設計,，包括對各種單片和多材料成分的調(diào)查。本文為第三部分,。


2.10.高熵合金（HEAs）
HEAs代表了在過去十年中引入的相對新穎的合金設計概念,。這種設計概念涉及幾種合金元素，通常為五種或更多,，具有等摩爾或近等摩爾比,。與基于一種或兩種主要合金元素的混合物和少量添加特定元素以增強某些性能的傳統(tǒng)合金設計概念相比，它導致合金設計組合的范圍顯著擴大,。多組分合金設計的結(jié)果是,，HEAs具有高強度、硬度和斷裂韌性,、優(yōu)異的耐磨性,、良好的耐腐蝕性和高耐熱性等特性的獨特組合。

DED的固有優(yōu)勢與HEA的優(yōu)越性能的結(jié)合吸引了各行業(yè)越來越多的興趣,。在已研究的HEAs中,，等原子CrMnFeCoNi合金因其優(yōu)異的延展性和高斷裂韌性而引起了特別的關注，尤其是在低溫環(huán)境下,。Guan等研究了DED-LB CrMnFeCoNi的微觀組織和拉伸性能,。沉積態(tài)HEA的顯微組織為柱狀外延生長，由平均尺寸為13 μm的FCC相固溶顆粒組成,，沿最大熱流密度方向生長,。測定了樣品的殘余應力約為182 MPa。這些高殘余應力與沉積態(tài)HEA中的高位錯密度有關,。圖11b顯示了隨拉伸應變增加的非均勻應變分布,，應變集中主要出現(xiàn)在滑移帶區(qū)域以及不同晶粒取向滑移帶之間。結(jié)果表明,，在最大應變集中區(qū)域形成了穿晶裂紋和沿晶裂紋,。

圖11（a）加工態(tài)CrMnFeCoNi HEA的微觀結(jié)構，顯示了外延晶粒生長的逐層形貌,。（b）高分辨率DIC結(jié)合背散射電子（BSE）和EBSD分析在離散應變增加（3.5%,、7.5%和35%）下的DED-LB FeCoCrNiMn HEA。（c）在600°c時效168小時后,，DED-LB AlCoCrFeNi HEA的微觀結(jié)構,，相應的APT圖像顯示鋁、鎳和鉻的不均勻散射和嚴重偏析,。（d）透射電子顯微鏡（TEM）圖像和相應的示意圖顯示了激光沖擊處理對沉積態(tài)CrMnFeCoNi HEA沿z方向微觀結(jié)構的影響,。（e）不同鋁濃度（0,、6.5、13.7和16.7at%）的DED-LB（AlxCoCrFe）50Ni HEA的微觀結(jié)構,。

在最近的一項研究中,，利用激光沖擊噴丸后處理來提高DED-LB CrMnFeCoNi合金的拉伸性能。由于沖擊噴丸周期的增加,，表面粗糙度增加,。有趣的是，沖擊噴丸處理在沉積材料的表面上產(chǎn)生了足夠的塑性變形,，以有效地封閉靠近表面的孔隙,，見圖11d。對具有不同鋁濃度（0–16.7at%）的（AlxCoCrFe）50Ni HEA進行DED-LB,，以研究鋁濃度對處理后合金微觀結(jié)構和顯微硬度的影響,。Al濃度的增加導致微觀結(jié)構從FCC單相胞狀枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝罟簿В�在由FCC和BCC穩(wěn)定相的混合物組成的基質(zhì)中有L12納米沉淀（圖11e）,。由于Al濃度的增加而觀察到的納米沉淀強化效應顯著提高了沉積態(tài)（AlxCoCrFe）50Ni HEA的顯微硬度,，從132 VHN增加到342 VHN。

2.11.陶瓷

陶瓷通常具有優(yōu)異的耐腐蝕性和抗氧化性,、高熔點和抗蠕變性,、高剛性、低擴散性,、高電阻,、低CTE、高壓縮強度,、優(yōu)異的比強度,、優(yōu)異硬度和耐磨性。因此,，在各種應用中,，如建筑、石化,、航空航天和醫(yī)療器械對它們的需求量很大,。然而，它們的延展性差,、抗沖擊性低,、斷裂韌性低、抗拉強度有限,、應變硬化不足、機械性能在統(tǒng)計上分布廣泛,，且可制造性有限（鑄造性差,、可加工性差,、塑性成形性差、不可焊性差,、緊固件難以連接）,。因此，復雜陶瓷零件的直接制造及其加工具有高度挑戰(zhàn)性,，且通常成本高昂,。

LENS系統(tǒng)。

適用于加工和制造陶瓷零件的AM技術的引入為使用傳統(tǒng)制造工藝制造陶瓷零件開辟了一條道路,。然而,，大多數(shù)此類AM技術是間接AM工藝，使用粘合劑材料或增塑劑形成生件,，然后是燒結(jié)工藝,，用于去除粘合劑和最終零件致密化。由于殘留的粘合劑材料,，這些通常會導致高孔隙率零件,、高裂紋密度和大量有機或無機雜質(zhì)。相反,，直接AM技術,，如DED和SLM，在高純度和功能特性方面顯示出有希望的結(jié)果,。

對Al2O3-ZrO2共晶陶瓷薄壁試樣進行了實驗研究,。

一般來說，陶瓷材料由于缺乏延展性而極易開裂,。因此,，基于激光的沉積工藝的固有特性，如高冷卻速率,、高熱梯度和高熱應力,，使得陶瓷材料的沉積具有高度挑戰(zhàn)性。Niu等人對DED-LB Al2O3進行了工藝優(yōu)化研究,，以有效抑制裂紋,。結(jié)果表明，兩個相鄰層之間的溫度梯度對DED后的裂紋形成具有最不利的影響,。研究還表明,，通過提高激光掃描速度，合成的熱應力降低,，而斷裂強度增加,，從而導致無裂紋沉積。

Al2O3–ZrO2共晶陶瓷是一種額外的陶瓷材料,，近年來吸引了越來越多的興趣,，主要是由于其優(yōu)越的熱機械性能,，這對于超高溫應用至關重要。Yan等人研究了工藝參數(shù)（激光功率,、激光掃描速度和PMFR）對Al2O3–ZrO2密度的影響,。研究表明，第二相的引入導致了細化的共晶微觀結(jié)構,，沒有明顯的晶粒生長方向,，對顯微硬度的不利影響最小。據(jù)報道,，超聲輔助透鏡™該工藝產(chǎn)生了細化的微觀結(jié)構（圖12c）,，包括共晶間距的減小(∼50nm），并且沒有清晰的晶界（圖12a）,。還觀察到斷裂韌性和顯微硬度增加（圖12d）,。

圖12（a）超聲輔助的DED-LB Al2O3–ZrO2共晶陶瓷，顯示了納米級和高密度的共晶間距,。（b） DED-LB鋁酸鎂（MgAl2O4）尖晶石透明陶瓷在后處理前后的宏觀結(jié)構,，顯示出橫向和縱向裂紋。（c）使用和不使用超聲波振動的DED-LB Al2O3–ZrO2共晶陶瓷的微觀結(jié)構和（d）機械性能,。

2.12.復合材料

DED利用受控多進料粉末料斗的獨特能力導致設計和制造具有增強性能的新型多材料系統(tǒng)和工程部件,。這種屬性允許通過調(diào)整引入熔池的粉末的PMFR，在沉積的基體內(nèi)沉積具有受控分布的顆粒增強金屬基復合材料（MMC）,�,；蛘撸�可以使用單個料斗沉積預定的粉末混合物,。與PBF AM技術相比,，這種能力提高了設計和制造多材料系統(tǒng)的自由度，其中粉末原料或粉末混合物是預先確定的,，并靜態(tài)放置在指定容器中,。因此，在過去幾年中,，人們進行了廣泛的研究,，以設計、制造和表征具有增強性能的DED復合材料,。

已經(jīng)研究了各種DED復合系統(tǒng),，主要集中在鈦基金屬基復合材料。由于硼和碳在鈦基合金的α相和β相中的溶解度較低,，TiC和TiB被認為是增強鈦基體的合適顆粒,。在鈦基金屬基復合材料中引入TiB和TiC作為增強體，可提高機械性能，如硬度,、強度和耐磨性,，并提高Ti基體中增強顆粒的熱力學穩(wěn)定性。Wang等人研究了Ti6Al4V合金中TiC顆粒的體積分數(shù)對微觀結(jié)構和拉伸性能的影響,。還證明了后續(xù)熱處理對DED-LB MMC的影響（圖13a）。MMC的微觀結(jié)構由α-Ti和β-Ti相與再熔TiC的初生相和共晶相以及未熔TiC顆粒組成（圖13a）,。與Ti6Al4V基合金相比,，體積分數(shù)為5%的TiC表現(xiàn)出最佳的拉伸性能（圖13a）。

圖13（a）具有10體積%TiC和應力應變曲線的沉積態(tài)Ti6Al4V基MMC的微觀結(jié)構顯示了TiC體積分數(shù)和各種熱處理對MMC拉伸性能的影響,。（b）通過對準連續(xù)網(wǎng)狀組織形成機理的示意圖,，分析了經(jīng)退火的TiB增強CP-Ti MMC的微觀結(jié)構。（c） DED-LB Ti6Al4V–Si–HAp MMC顯示出通過形成Ti5Si3,、V5Si3和TiSi2相而提高的硬度,、耐磨性和生物摩擦腐蝕性能。（d）研究了激光掃描速度對使用DED-LB制備的氧化鋁/鈦酸鋁CMC的微觀結(jié)構,、硬度,、彎曲強度和孔隙率的影響。

沉積MMC的失效機制,、機械和物理性能由顆粒和基質(zhì)之間的界面結(jié)合強度決定,。為了解決這個問題，幾項研究成功地沉積了鎳涂層TiC增強顆粒,，從而增強了界面結(jié)合并顯著提高了MMC強度,。然而，TiNi金屬間化合物的形成導致塑性降低,。TiB增強的鈦基金屬基復合材料也備受關注,，并已成功應用于DED-LB。

最近的幾項研究集中于顆粒增強鋼基金屬基復合材料的熱膨脹系數(shù),。Wang等人研究了在通過DED-LB生產(chǎn)的316L不銹鋼基體中添加不同濃度的Cr3C2增強顆粒對微觀結(jié)構演變和機械性能（如顯微硬度和耐磨性）的影響,。整體式DED-LB 316L鋼的特征是沿構建方向柱狀晶粒生長，具有枝晶和枝晶間結(jié)構,，少量等軸晶粒,，且無明顯缺陷。隨著Cr3C2濃度的增加（達到5%和15%）,，Cr3C2的溶解促進了細小的等軸和樹枝狀晶粒,。當Cr3C2的濃度進一步增加到25%時，形成了不均勻的細枝晶間微觀結(jié)構,，六方沉淀碳化物分布不均勻（圖13b）,。Cr3C2濃度的增加有利于提高顯微硬度和耐磨性，這取決于固溶強化和晶粒細化強化機制。對沉積態(tài)復合材料的拉伸測量表明,，TiC濃度的增加導致屈服強度和拉伸強度的增加,，同時對沉積態(tài)MMC的延展性有害。

最后,，介紹了利用透鏡加工金屬基復合材料的兩個案例研究™突出顯示,。雙連續(xù)浸沒相（DCIP）定義為兩個浸沒體相在至少一個方向上連續(xù)的MMC。當組成材料的比例接近50:50時,，兩種相都不是真正的基體或增強相,。由于DED可以消除連接的需要，因此它是制造具有DCIP形態(tài)的零件的理想選擇,。

2.13.功能梯度材料（FGMs）和多層材料

1987年,，一個日本研究小組首次證明了功能梯度材料的概念，該研究小組提出了一種用于極端環(huán)境和航空航天應用的金屬/陶瓷熱障,。根據(jù)定義,，功能梯度材料是在成分或微觀結(jié)構中呈現(xiàn)連續(xù)或離散轉(zhuǎn)變的復合材料，導致材料性能的方向性或多方向功能變化,。除了功能梯度材料定制性能的主要特征外,，功能梯度材料還有助于降低殘余應力和通常發(fā)生分層和失效的尖銳界面。為制備塊狀FGM開發(fā)了許多工藝,。然而,，與傳統(tǒng)FGM和多材料制造技術相比，DED提供了前所未有的設計自由度,、材料特性的組合,，并大大縮短了生產(chǎn)時間。DED提供了逐層AM的所有優(yōu)點,，同時還利用了多進料粉末系統(tǒng),。

DED的持續(xù)技術發(fā)展引起了人們對新型FGM和多層材料系統(tǒng)設計和研究的興趣。雖然據(jù)報道,，各種材料系統(tǒng)都是通過DED沉積的,，但鈦基功能梯度材料因其獨特的性能組合和廣泛的工程應用而吸引了最多的興趣。

分別說明：（a）不連續(xù)和（b）連續(xù)FGM的示意圖,。（c）（d）和（e）示意圖,，分別顯示了含有兩種第二相粒子組成、晶粒取向和體積分數(shù)逐漸變化的界面的不連續(xù)功能梯度材料,。（f）,，（g）和（h）示意圖顯示了在沒有界面且晶粒尺寸、纖維取向和第二相顆粒體積分數(shù)逐漸變化的情況下的連續(xù)功能梯度材料,。

鈦基陶瓷增強功能梯度材料因其獨特的性能和在眾多潛在結(jié)構應用中的高需求而吸引了越來越多的興趣,。與單片組件相比,，它們具有優(yōu)異的性能。此類材料的特點是具有高比強度,、良好的延展性,、高硬度、優(yōu)異的耐磨性,、生物相容性和低密度,。由于其熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性、生物相容性,、CTO和密度與Ti6Al4V相似,，TiC被認為是嵌入Ti基基體中最常用的增強材料之一。Li等人成功沉積了功能梯度Ti6Al4V/TiC復合材料,，沿構建方向具有不同體積分數(shù)（0-50體積%）（圖14a）。結(jié)果表明,，TiC顆粒均勻分布在Ti6Al4V基體中,，在沉積層之間表現(xiàn)出良好的結(jié)合，在沉積態(tài)FGM中未觀察到裂紋,。

圖14 （a）沿構建方向TiC增強顆粒分數(shù)比（0–50體積%）增加的DED-LB功能梯度Ti6Al4V/TiC復合材料的微觀結(jié)構和力學性能,。（b）具有中間過渡層（V→Cr→Fe）。（c） DED-LB單壁316L/Inconel 625功能梯度材料的拉伸和耐磨性能,。（d） DED-LB奧氏體（非磁性）至鐵素體（磁性）不銹鋼功能梯度材料,，具有定制的磁性功能。

功能梯度材料新組合的開發(fā)不限于調(diào)整機械性能,，如顯微硬度,、拉伸性能和結(jié)構應用的磨損性能。根據(jù)預定義位置定制其他功能特性（如熱,、電或磁）的能力也很有意義,。在相關研究中，DED-LB成功用于直接制造316奧氏體不銹鋼（非磁性）至430鐵素體不銹鋼（磁性）功能梯度材料（圖14d）,，具有定制的磁性功能,。

3.DED處理數(shù)據(jù)庫和Ashby圖的構建

完善的數(shù)據(jù)庫對于AM（包括DED）的開發(fā)和標準化至關重要。此類數(shù)據(jù)庫可允許用戶識別最佳加工參數(shù),，以實現(xiàn)一組特定的性能（例如,，物理性能、機械性能,、熱性能,、電性能等），以滿足期望的應用要求,�,；�于這些數(shù)據(jù)庫,，可以構建阿什比圖，并幫助優(yōu)化現(xiàn)有的DED材料和開發(fā)新的AM材料,。圖15顯示了Ashby圖的一個示例,，該圖顯示了一些DED合金鋼的相對密度對比較參數(shù)S的依賴性，而ν是激光掃描速度,。鑒于本圖中包含的鋼材數(shù)量較少,，且希望為潛在用戶澄清數(shù)值范圍，因此兩個軸均以線性比例繪制,，而非對數(shù)比例繪制,。

圖15顯示了幾種DED合金鋼的相對密度對比較參數(shù)的依賴性。

4.自由形式的DED-LB

DED-LB通常在工業(yè)中用于制造凈形和近凈形自由結(jié)構,、耐磨和耐腐蝕的包覆材料,、修復或在常規(guī)加工零件上添加特征。Svetlizky等人最近回顧了DED的應用,，以及其物理特性,、挑戰(zhàn)和沉積材料中的相關缺陷。圖2f示出了通過WAAM工藝由Relativity Space制造的大型航空航天部件,。圖2e顯示了為航空航天應用制造的大型火箭噴管,。美國宇航局也證明了通過DED制造液體火箭發(fā)動機（通道壁）噴嘴。圖13c顯示了由FormAlloy使用DED-LB制造的用于商業(yè)航空航天工業(yè)的門把手,。值得注意的是,，在所有金屬AM技術中，DED非常適合制造大型復雜結(jié)構,。

5.通過DED對材料進行包覆

激光熔覆（LC）是一種在金屬部件表面添加涂層的技術,。DED AM也被稱為3D激光熔覆，因為它最初是由機器人多層熔覆工藝發(fā)展而來,。當作為熔覆技術實施時,，DED涉及在能量源（例如激光或電子束）掃描目標表面時將粉末或金屬絲送入熔池。在此過程中,，沉積薄金屬或復合層并將其熔合到金屬部件上,，以提高其耐磨性和耐腐蝕性，增強性能,，或替換磨損的材料,。

與其他涂層技術相比，基于DED的熔覆具有多個優(yōu)勢：（1）在基材和涂層材料之間形成冶金結(jié)合,，比使用熱噴涂,、電弧焊或電鍍技術形成的機械結(jié)合強得多；（2） DED包層提供可控的低熱輸入,，具有最小的稀釋和熱影響區(qū),，最大限度地減少沉積材料內(nèi)的應力和變形,；（3）由于高冷卻速率，可以在DED熔覆中獲得精細的微結(jié)構,；（4） DED儀器允許精確控制涂層尺寸,、形狀、位置和厚度,；（5）廣泛的合金和復合材料與DED包層兼容,。此外，DED包層能夠沉積多層和多種材料涂層,。最后,，使用DED，也可以在曲面上進行熔覆和多軸熔覆,。

將含有陶瓷或金屬間化合物增強體的金屬基復合材料包覆在金屬基底上一直是廣泛研究的主題,。金屬基復合材料往往具有較低的延展性和斷裂韌性，使其難以通過傳統(tǒng)制造工藝（如鑄造或粉末冶金）進行加工,。近年來,，對不同激光熔覆涂層的微觀結(jié)構演變、硬度,、耐磨性和耐腐蝕性進行了深入研究。結(jié)果表明,，與未添加材料相比,，耐磨性和耐腐蝕性均顯著提高。圖16顯示了使用DED處理的一些包層樣品的微觀結(jié)構和性能,。

圖16 基于DED的包層,。

6.使用DED進行維修

修理或再制造是將磨損部件恢復到其原始形狀，以恢復部件的性能,。高價值金屬零件的再制造或維修因其成本節(jié)約和機器停機時間最小化而備受關注,。此外，通過有效管理自然資源和減少廢物產(chǎn)生,，從廢料中修復零件或再制造有助于可持續(xù)制造,。用于航空航天、海軍,、汽車,、渦輪機和機床的高性能和高價值工業(yè)部件在運行期間會遇到嚴重的熱機械載荷，導致表面磨損,、疲勞開裂和腐蝕相關損傷,。此外，渦輪葉片尖端經(jīng)常因與定子襯套摩擦而受損,，從而影響渦輪的性能,。傳統(tǒng)技術,，如焊接和熱噴涂，已用于修復磨損部件,。然而,，這些工藝中的大多數(shù)都不太精確、特別,，可能需要大量加工,。在TIG焊接中，高工作溫度（約5500℃）對修復部件的微觀結(jié)構產(chǎn)生負面影響,。此外,，彎曲葉片和圓盤的維修復雜，成本更高,，可靠性更低,。因此，基于AM的自動修復方法有助于復雜幾何體保持實際零件的嚴格公差,。

6.1.基于DED的維修中的冶金方面

基于DED的AM工藝在修復復雜/高價值零件時越來越受到關注,，其中部件受損部分是基于逆向工程和幾何重建算法創(chuàng)建的數(shù)字文件重建的。DED-LB工藝因局部加熱和受控熱輸入而顯示出最小的變形,，并顯示出良好的冶金結(jié)合,、低稀釋和窄HAZ。圖17顯示了DED-LB修復軍用飛機磨損的防轉(zhuǎn)支架,。此類部件的修復縮短了交付周期,，并且后加工部件成功地滿足了美國空軍的重新認證標準。

圖17 （a）受損的防旋轉(zhuǎn)支架,，（b）激光熔覆,，（c）后處理后的部件。

開發(fā)高質(zhì)量的DED修復零件需要精確控制工藝參數(shù),。DED技術易受工藝變量的影響,，包括激光功率、激光掃描速度,、送粉速率,、艙口間距、激光束直徑,、激光掃描圖案等,。除了這些可測量的參數(shù)外，構建幾何結(jié)構和熱量累積的變化還可能改變?nèi)鄢販囟�,、幾何結(jié)構和層高度,，從而在尺寸精度、缺陷,、微觀結(jié)構和性能方面控制修復零件的質(zhì)量,。因此,，通過先進的傳感技術和反饋控制系統(tǒng)對可測量的過程變量進行實時監(jiān)控將提高維修質(zhì)量和完整性。

6.2.修復方法

在部件自適應維修或再制造期間,，維護,、維修和大修（MRO）部門遵循以下基本流程鏈，如圖18所示：（1）維修前檢查,；（2）修復前處理,；（3） DED處理；（4）減法加工,；（5）修理質(zhì)量檢查,。為了接近次表面裂紋并考慮無法接近的幾何缺陷，預修復處理包括預修復加工,，這是可能影響冶金結(jié)合的關鍵步驟,。圖19顯示了缺陷部位的修復前加工，以產(chǎn)生AM沉積的最佳輪廓,。此外,，將受損零件數(shù)字化為3D CAD模型是一個重要步驟，使用逆向工程過程進行,。在逆向工程中,，有幾種技術廣泛用于數(shù)據(jù)采集，如坐標測量機（CMM）,、結(jié)構光掃描,、激光掃描、立體掃描等,，然后使用這些數(shù)據(jù)點重建三維模型的幾何表示。

圖18 （a）通過DED進行零件維修的過程鏈,。（b）刀具路徑生成的流程圖,。


圖19 修復前加工，修復過程鏈的一部分,。（a）斷裂的渦輪葉片,。（b）裂紋葉片區(qū)域的三維CAD模型。（c）用于加工的輪廓路徑,。（d）后加工刀片,。

7.通過DED的合金設計
AM改變了新合金的設計方式。純金屬很少用于任何應用,，因為它們的性能不適合滿足苛刻的應用,。然而，在純金屬中添加少量合金元素可以顯著改善合金的性能,。合金設計自然成為AM的一個新的研發(fā)領域,�,；�于AM獨特的處理能力，該領域的新發(fā)展是該領域下一波創(chuàng)新最令人興奮的方面之一,。在不同類型的金屬AM技術中,，DED是最適合合金設計的技術平臺，因為不同元素形式的粉末可以在不同的化學條件下添加并同時成形,。AM技術將徹底改變許多行業(yè)中不同的傳統(tǒng)合金化學制品（如Ti6Al4V和316 SS）的重新設計方式,，使零件具有更多的功能，并增加復雜性,、定制和整合以提高效率,。

8.總結(jié)、當前挑戰(zhàn)和未來方向

自20世紀90年代中期以來,，Optomec,，Inc.（Albuquerque，NM）基于桑迪亞國家實驗室開發(fā)的技術,，在美國推出了商用DED系統(tǒng),。其他領先的DED技術提供商包括DM3D、RPM Innovations和Fraunhofer等,。然而,，與所有金屬AM技術平臺一樣，由于擔心零件的再現(xiàn)性,、較差的表面光潔度以及制造復雜形狀的獨立零件的難度,，DED進入市場的速度很慢。

與PBF工藝不同,，DED系統(tǒng)通常沒有任何可用的支撐材料,，自然地，使用第一代機器幾乎不可能制造復雜形狀的零件,，因為第一代機器具有一個送粉料斗和對構建空間的三軸控制,。從那時起，DED技術取得了顯著進步,，商用機器現(xiàn)在可以使用10多個粉末喂料器,、自由軸沉積頭和用于混合系統(tǒng)的CNC加工平臺。雖然大多數(shù)機器仍然只有三個自由軸和兩到三個送粉器,，但使用這些新型的DED機器,，復雜零件很容易實現(xiàn)。隨著修復,、合金設計,、表面改性和功能梯度結(jié)構應用的實現(xiàn)，基于DED的AM在各種工業(yè)應用中變得越來越流行。

LSS樣品的代表性拉伸試驗樣品的μ-CT空間重建圖像,。

DED已成為印刷大型獨立零件的主要金屬AM技術平臺,，這是PBF系統(tǒng)的一個具有挑戰(zhàn)性的應用。雖然大型獨立部件特別適用于DED,，但對于研究機器而言,，需要少量粉末或能夠沉積多種材料結(jié)構是最吸引人的特點�,；�于DED的金屬AM系統(tǒng)主要不與PBF系統(tǒng)競爭,，但提供互補的制造能力。研究和工業(yè)DED系統(tǒng)廣泛用于修復高價值或傳統(tǒng)部件,，合金設計用于優(yōu)化AM使用的材料化學或創(chuàng)新新化學,，制造大型零件，在現(xiàn)有零件上添加涂層,，或創(chuàng)建雙金屬或功能梯度結(jié)構,。與其他金屬AM系統(tǒng)相比，DED技術平臺為所有具有挑戰(zhàn)性的應用提供了獨特的優(yōu)勢,。

自然,，商用DED系統(tǒng)的銷售正在增長，預計未來還會繼續(xù),。除了基于激光粉末的DED外,，基于焊接的系統(tǒng)（如WAAM）也越來越流行，尤其是對于大型零件的快速沉積速率,。在本手稿中討論了DED在不同材料系統(tǒng)中的應用,，具體參考了獨特的成分、加工歷史和相關特性,。在剩余的挑戰(zhàn)中,，機器成本始終是任何新技術（包括DED）在制造實踐中大規(guī)模驗收的一個問題。近年來,，用于非反應材料的基于激光的DED系統(tǒng)的價格大幅下降,，這種趨勢在未來可能會繼續(xù)。同軸沉積頭已成為最新的DED系統(tǒng)的標準特征,，提高了沉積效率和零件質(zhì)量。結(jié)合基于機器學習的方法可以最小化未來機器中的過程優(yōu)化要求,。

上圖B示出了使用逆極點圖著色的上圖A所示的分析橫截面的取向圖,。該圖譜由等軸晶粒和柱狀晶粒組成。此外,，晶粒的外延生長是明顯的,，因為沉積層以與前者相同的晶體取向生長。這導致柱狀晶粒,。此外,，可以觀察到傾斜生長角,。上圖C中的極點圖顯示，在所有主取向{111},、{101}和{001}中,，僅存在弱紋理。

雖然本文的重點仍然放在數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)挖掘材料上,，但預處理和后處理問題也很關鍵,。金屬粉末的表面功能化，主要是加工核殼粉末,，用于印刷先進的金屬基復合材料,，是一個相對新的研發(fā)方向。在多材料制造過程中,，金屬粉末的可重用性或避免將金屬粉末與加工芯片或其他粉末成分混合仍然是需要進一步研發(fā)的問題,。對于任何需要更好地理解工藝特性關系的關鍵應用，后處理也是必不可少的,。高級表征技術在AM領域的引入也在不斷發(fā)展,。與傳統(tǒng)技術相比，動態(tài)脈沖回波技術（用于測量彈性常數(shù)）等技術具有更高的精度,、靈敏度和可重復性,，并且可以使用相對較小的樣本。這些技術有望在AM零件的材料設計,、研發(fā)和質(zhì)量控制中變得更加普遍,。本手稿對先進材料的DED進行了全面回顧，這將是世界各地學術界,、工業(yè)界和國家實驗室的工程師和科學家繼續(xù)創(chuàng)新各種應用的下一代材料和結(jié)構的寶貴文件,。

來源：Laser-based directed energy deposition (DED-LB) of advanced materials, Materials Science and Engineering: A, doi.org/10.1016/j.msea.2022.142967

參考文獻：Additive manufacturing technologies: an overview about 3D printing methods and future prospects, Complexity, 2019 (2019), pp. 1-30, 10.1155/2019/9656938