盘点：2023年DED 3D打印技术领域科研突破

2024年2月5日

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2023年度，DED技术科研成果丰硕，不仅登上《Nature》，更有69篇刊发在增材顶刊《Additive Manufacturing》。本期盘点让我们一起来回顾2023年这些颇具前瞻性和创新性的DED领域技术进展和突破。

●合金设计与增材制造结合，实现钛合金强韧性新突破

2023年5月，皇家墨尔本理工大学、悉尼大学与香港理工大学合作，将合金设计与DED-LB工艺相结合，成功制备出了具有出色拉伸性能的钛合金（α-β Ti-O-Fe合金）。该研究结果可以开拓包括航空航天和能源在内的各个领域的应用前景，并通过从工业废料和低品位材料中生产这些合金来促进可持续性，对经济和环境的影响将是巨大的。相关论文以“Strong and ductile titanium–oxygen–iron alloys by additive manufacturing”为题发表在《Nature》上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05952-6

●异质多丝间接电弧增材制造原位合成Al-Zn-Mg-Cu合金

2023年6月，河北科技大学、河北省材料近净成形技术重点实验室、电子科技大学和里斯本新大学团队联合在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“A novel heterogeneous multi-wire indirect arc directed energy deposition for in-situ synthesis Al-Zn-Mg-Cu alloy: Process, microstructure and mechanical properties”的论文，研究了新型异质多丝间接电弧增材制造原位合成Al-Zn-Mg-Cu合金构件的工艺、显微组织和力学性能。结果表明，送丝速度、电流和两丝之间的角度对多丝间接电弧增材制造工艺有显著影响。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221486042300252X

●通过丝材定向能量沉积制造钢墙的环境和经济评估

2023年1月，NOVA 科技学院在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“Environmental and economic assessment of a steel wall fabricated by wire-based directed energy deposition” 的论文，使用生命周期评估（LCA）和生命周期成本计算（LCC）方法来评估电弧增材制造的环境和经济效益，本文使用的方法可以扩展到其他制造工艺。这项研究结果可以帮助制造商根据环境影响和生产成本选择制造工艺。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860422007059?via%3Dihub

●DED制备SS316L/IN718 功能梯度材料的综合研究

2023年1月，德克萨斯大学和美国爱达荷国家实验室合作，在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“Comprehensive studies of SS316L/IN718 functionally gradient material fabricated with directed energy deposition: Multi-physics & multi-materials modelling and experimental validation”的论文，通过建立一种新颖的多物理场和多材料热流体模型，来预测材料成分梯度、金属功能梯度材料的几何形状和构建过程，并使用该模型模拟了SS 316L/Inconel 718 金属功能梯度材料的 DED 制备过程。之后，通过实验观察到的材料成分和功能梯度材料几何形状验证了模拟结果。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860422007473#preview-section-abstract

●DED制备Mg-Y-RE-Zr合金的显微组织演化及强化机制

2023年4月，上海交通大学、皇家墨尔本理工大学和上海理工大学合作，在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“Microstructural evolution and strengthening mechanism of Mg-Y-RE-Zr alloy fabricated by quasi-directed energy deposition”的论文，讨论了DED工艺制备Mg-Y-RE-Zr 合金的强化机制，基于测量的热循环数据和微观结构观察，提出了描述DED-Arc 过程中微观结构转变的物理模型。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860423001008

●预测电弧定向能量沉积制备Ti6Al4V墙壁残余应力和变形的温度修正方法

2023年1月，匹兹堡大学在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“Temperature-dependent modified inherent strain method for predicting residual stress and distortion of Ti6Al4V walls manufactured by wire-arc directed energy deposition”的论文，通过引入与温度相关的固有应变概念，进一步扩展了固有应变方法，使其可以用于预测DED-Arc制备零件的应力和变形，并通过比较在两个 Ti6Al4V 墙壁上进行的模拟和实验结果，验证了所提出的方法。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860422007758

●通过原位增材制造，Fe基中熵合金实现了强度和延展性的非凡组合

2023年2月，韩国浦项科技大学在《Additive Manufacturing》期刊发表题为“Extraordinary combination of strength and ductility in an additively manufactured Fe-based medium entropy alloy through in situ formed η-nanoprecipitate and heterogeneous microstructure”的论文，采用DED-LB制造了一种新型双相 Fe 65 Ni 15 Co 8 Mn 8 Ti 3 Si (at%) 中熵合金，实现了室温和液氮环境中机械强度和延展性的改进。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860423000349

●Inconel® 625 的原位层间热锻电弧定向能量沉积

2023年3月，里斯本新大学和南京理工大学等团队合作，在《Additive Manufacturing》期刊发表题为“In situ interlayer hot forging arc-based directed energy deposition of Inconel® 625: process development and microstructure effects”的论文，通过应用原位层间热锻（HF）与沉积后热处理（PDHT）相结合来减小晶粒尺寸和织构，显著细化了DED-Arc工艺制备的镍基高温合金典型的粗大和高取向的微观结构。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860423000891

●通过声学信号和深度学习进行激光定向能量沉积中的原位裂纹和小孔检测

2023年5月，南洋理工大学团队在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“In-situ crack and keyhole pore detection in laser directed energy deposition through acoustic signal and deep learning”的论文，提出了一种新型的 DED-LB 中基于声学的原位缺陷检测策略，经过训练的模型可以部署到内部开发的软件平台中，用于在线质量监控。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860423001604?via%3Dihub

●旁路电弧定向能量沉积中的电弧等离子体、液滴和成形行为

2023年5月，西南交通大学团队在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“Arc plasma, droplet, and forming behaviors in bypass wire arc-directed energy deposition”的论文，提出了一种新的电弧定向能量沉积 (DED- Arc) 变体，称为旁路送丝DED- Arc，通过将该技术与没有电流通过外部丝材的外部送丝 DED-Arc 进行比较，首次探讨了旁路电流如何影响沉积层的热量输入。这项研究证明了旁路送丝DED-Arc在不影响成形质量的情况下可以实现更高的沉积速率和更低的沉积层热输入的潜力。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860423001719

●钒对双丝电弧定向能量沉积制备TiAl合金显微组织和力学性能的影响

2023年1月，上海交通大学团队在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“The effect of vanadium on the microstructure and mechanical properties of TiAl alloy fabricated by twin-wire directed energy deposition-arc”的论文，利用双丝电弧定向能量沉积（TW-DED-arc）工艺成功地将钒引入到γ-TiAl合金中，旨在提高沉积态TiAl部件的强度和塑性，研究结果为增材制造的TiAl合金中合金元素的添加提供了有价值的参考。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860422007710

● 电弧增材制造含LPSO相重稀土镁合金相变行为和性能

2023年8月，北京航空航天大学团队采用Mg-10Gd-3Y-1Zn-0.5Zr（GWZ1031K, wt.%）合金丝材，基于超音频脉冲（Ultrasonic frequency pulsed, UFP）电弧热源，通过多尺度材料组织表征和热力学相图计算（CALPHAD）等手段，系统探究了电弧增材制造重稀土镁合金多组元熔体的非平衡凝固组织演化行为和热处理固态相变行为，揭示了共晶相、长周期堆垛有序相（Long period stacking ordered, LPSO）及时效析出相等不同第二相对增材构件力学性能的影响机理。相关研究成果以“High-strength Mg‐10Gd‐3Y‐1Zn‐0.5Zr alloy fabricated by wire-arc directed energy deposition: Phase transformation behavior and mechanical properties”为题，发表于《Additive Manufacturing》期刊。