近日,上海交通大學材料科學與工程學院特種材料研究所團隊在材料領域著名期刊《材料科學進展》(Progress in materials science, IF=33.6)上在線刊登了題為“Metal powder atomization preparation, modification, and reuse for additive manufacturing: A review”(doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101449)的綜述文章,文章全面地梳理了增材制造金屬粉末制備、性能評價、改性及再利用的研究進展,提出了面向大生產時代批量化增材制造應用的粉末全生命周期性能提升及成本降低策略,為提升金屬增材制造產品競爭力提供新思路、新方法。 該論文以上海交通大學為第一完成單位,上海交通大學博士生任芃源和歐陽昱為共同第一作者,王洪澤副教授為通訊作者,共同作者還包括博士生母杰瑞、羅升,唐梓玨助理研究員,吳一副教授,王浩偉講席教授,倫敦大學學院Chu Lun Alex Leung教授,里斯本新大學J.P. Oliveira教授,多倫多大學Yu Zou教授。 當前,大量有關金屬增材制造的研究集中在打印工藝參數,掃描策略等領域,而金屬粉末作為增材制造的關鍵原料,在粉末能量沉積(DED)和粉末床熔融(PBF)等以金屬粉末為基礎的增材制造工藝中尤為重要。然而,目前尚缺乏對增材制造用粉末全生命周期研究進展的總結。該綜述對增材制造粉末的制備方法、改性以及再利用進行了詳盡的總結,批判性地討論了典型粉末制備技術的研究現狀,并對粉末特征表征方法、粉末特征對增材制造性能的影響進行了歸納,對比了現有的粉末改性方法及效果,探討了增材制造中粉末的再利用,包括再利用策略、效果以及可再利用性的評估,如圖1、圖2所示。 通過該綜述的研究工作,團隊總結了未來增材制造粉末相關方向可能的發展趨勢。在粉末制備方面,金屬粉末制備技術將朝著多元化發展,如多級霧化,混合霧化等,以克服傳統單一方法的局限性,提高粉末質量;結合計算流體動力學模擬的應用,新型制粉設備也將更精確地控制粉末形態,提升制粉效率。在粉末性質方面,運用原位觀測手段(如X射線動態成像等)實時監測生產過程,以確保粉末在全周期內保持穩定性能;最終將在此基礎上建立普適的標準化評價體系。在粉末改性方面,重點將放在開發高效低成本的新改性方法,確保添加劑和元素的均勻分布上;結合傳感器和人工智能技術,粉末的質量監控和再利用效率將得到進一步的提升。而在再利用方面,粉末的循環利用將不再僅考慮經濟效益,還將兼顧環境影響,通過減少新粉需求、優化廢粉處理等方式,提高再利用率;大數據與人工智能算法也將在粉末管理和再利用策略中扮演關鍵角色,通過預測粉末的重復使用周期及其對構件性能的影響,從而優化粉末的重復使用管理策略。 該工作得到了國家重點研發計劃(2023YFB3712003)、國家自然科學基金(52441503, 52075327,52105469)、中國商用飛機制造工程中心創新基金(編號:3-0410300-031)的支持。 上海交通大學材料學院特種材料研究所是金屬基復合材料國家重點實驗室的重要組成部分,由王浩偉講席教授任負責人,與國際著名大學和大型企業建立多個聯合實驗室。研究所主要從事新型特種材料的設計、制備及其成形技術研究,支撐了多項國家重大工程需求,在航空航天和汽車軌交等多領域獲得廣泛應用。多年來承擔重點研發計劃、民機預研、民用航天預研、國家自然科學基金及國際合作項目等五十余項。在國內外學術刊物上發表學術研究論文近300篇,獲授權中國國家發明專利100余項。先后獲得教育部技術發明一等獎、上海市技術發明一等獎及中國有色金屬工業技術發明一等獎。研究所秉承“創新創造、科研報國”的精神,胸懷祖國、服務社會,面向世界科技前沿、面向國家重大需求,砥礪前行、勇攀高峰。 團隊現長期誠聘激光增材制造/激光成形工藝和裝備、增材制造材料表征(微觀組織、力學性能、疲勞)、增材制造過程同步輻射成像、增材制造超結構等方向博士后。聯系人:王洪澤 (hz.wang@sjtu.edu.cn)。
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