论文标题：Multi-material additive manufacturing—functionally graded materials by means of laser remelting during laser powder bed fusion

期刊： Frontiers of Mechanical Engineering

作者：Alexander SCHMIDT, Felix JENSCH, Sebastian HÄRTEL

发表时间：15 Dec 2023

DOI：10.1007/s11465-023-0765-z

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本篇研究论文发表于《Frontiers of Mechanical Engineering》2023 年 18 卷第 4 期，题为“Multi-material additive manufacturing-functionally graded materials by means of laser remelting during laser powder bed fusion”。文章聚焦多材料增材制造领域，探索通过激光粉末床熔融（L-PBF）过程中的激光重熔（LR）技术，提升功能梯度材料（FGMs）原位材料混合度的新方法。功能梯度材料凭借成分、微观结构及热物理性能的梯度变化，能结合不同材料优势并克服异质金属接头缺陷，在工业领域需求迫切。现有增材制造技术虽可实现阶梯式梯度，但原位混合度有限，难以形成平滑成分梯度，因此需创新技术提升混合效果。研究以纯铜与低合金钢为研究对象，基于Aconity MINI激光粉末床熔融设备，设计四组工艺参数（V1-V4），对比有无激光重熔、不同能量密度下材料界面形成及混合度差异。通过扫描电子显微镜（SEM）与能谱分析（EDX），观察界面微观形貌、测量成分分布，并结合Fe-Cu相图分析相形成机制。结果表明，马兰戈尼对流与热扩散是熔融池中材料传输的关键驱动力；激光重熔可使材料交互距离与渗透深度近乎翻倍，界面处形成铜铁基新相，成分梯度更平滑，且降低零件孔隙率、改善表面粗糙度；单纯提高能量密度虽能提升混合度，但易引发匙孔效应与熔池动态过强，导致孔隙及未熔粉末残留，损害零件质量。该研究提出的分层激光重熔技术，为实现高混合度、高质量功能梯度材料提供了有效路径，也为多材料增材制造中梯度调控的工艺优化提供了实验依据与理论支撑。

关键词

多材料增材制造（MMAM）；功能梯度材料（FGMs）；激光粉末床熔融（L-PBF）；激光重熔（LR）；原位材料混合

引用

Alexander SCHMIDT, Felix JENSCH, Sebastian HÄRTEL. Multi-material additive manufacturing-functionally graded materials by means of laser remelting during laser powder bed fusion. Front. Mech. Eng., 2023, 18 (4): 49

https://doi.org/10.1007/s11465-023-0765-z

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