廉艳平 刘谋斌

* (北京理工大学先进结构技术研究院,北京 100081)

† (北京大学工学院,北京 100871)

增材制造（亦称“3D 打印”）是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体构件的新兴制造技术，涉及力学、光学、材料、机械、控制、计算机、软件等学科的交叉融合,已成为现代制造业最具代表性的颠覆性技术，也是《中国制造2025》规划的重要发展方向。金属增材制造是3D 打印技术的一个主要分支，一般常采用高能束（激光、电子束等）作为输入热源，通过熔化离散金属材料（粉材、丝材）进行逐层叠加打印制件，从而弥补传统减材和等材制造的不足，已在航空航天、汽车电子及生物医学等众多领域取得了典型应用。然而，从结构设计、制造过程到性能评价，金属增材制造涉及众多的关键力学问题亟待解决。例如，由于金属粉材或丝材的离散效应，如果工艺参数选择不当，金属3D 打印产品易出现内部缺陷和表面缺陷，从而影响打印构件的宏观力学性能及服役可靠性。

由于材料参数和工艺参数众多,模拟与仿真可以缩短产品研发周期,预测及修正产品瑕疵,提升产能,降低生产成本,是增材制造的核心技术.但金属增材制造是一个高温下金属材料传热、相变、熔池流动及快速凝固的复杂冶金工艺过程,涉及多尺度多介质强耦合,对模拟与仿真是一个巨大的挑战.发展可靠的数值计算技术,对金属增材制造进行过程模拟、缺陷分析、性能预测与工艺优化,从而进一步建……