陈泽坤 蒋佳希 王宇嘉 曾永攀 高洁 李晓雁

(清华大学工程力学系,北京 100084)

引言

自青铜器时代以来,金属材料在人类文明发展进程中起到了至关重要的作用.随着社会的不断发展和科技的不断进步,对材料的综合性能提出了更高的要求,所设计的材料结构也逐渐朝轻量化、复杂化和低能耗方向发展.然而,在制备如超材料[1-2]等轻质结构时,传统金属制造技术往往需要经过繁琐且复杂的加工步骤,且相关的减材制造过程不仅费时费力,而且会造成大量的材料切削损耗,甚至无法满足其复杂的结构设计需求.此外,在制备一些新型的高熔点合金[3-4]时,对传统金属制造设备而言,保证成形合金的充分熔化以及成分均匀性也具有一定挑战.面对传统金属制造技术存在的诸多不足,金属增材制造技术应运而生.

金属增材制造(metal additive manufacturing)技术,亦称金属3D 打印技术,最早是由美国科学家Hull[5]于20 世纪末提出的.金属增材制造技术是以高能电子束(如激光、电子束)为热源,根据所设计的三维数据模型,实现逐层加工制造,以获得目标零件的一种近净成形金属制造技术.金属增材制造技术逐层制造的方式,摆脱了传统制造过程的模具限制,可以有效解决复杂结构的制备难题,缩短了加工周期,提高了制造柔性,降低了制造成本;此外,增材制造的加工方式,避免了零件先成形再切削加工的材料浪费,提高了材料利用率,节省了材料成本;而高的能量束对成……