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材料—結(jié)構(gòu)—性能一體化增材制造的概念及內(nèi)涵圖。研究團(tuán)隊(duì)供圖
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本報(bào)訊（記者唐鳳）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。日前，相關(guān)綜述論文發(fā)表于《科學(xué)》。
激光增材制造（3D打?。┘夹g(shù)可滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)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(guò)程和成形性能涉及宏觀—介觀—微觀至少6個(gè)數(shù)量級(jí)的跨尺度形性協(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(duì)這些問(wèn)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(jí)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。
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(jí)，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、多功能化的原理、方法、挑戰(zhàn)及對(duì)策。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.abg1487
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