材料—结构—性能一体化增材制造的概念及内涵图。研究团队供图
 

本报讯（记者唐凤）南京航空航天大学材料科学与技术学院、江苏省高性能金属构件激光增材制造工程实验室教授顾冬冬团队，提出材料—结构—性能一体化激光金属增材制造的整体性概念。日前，相关综述论文发表于《科学》。

激光增材制造（3D打印）技术可满足现代工业对难加工金属构件短周期、高精度、高性能制造的重大需求。但激光增材制造逐点逐域的局部成形特性，决定了工艺过程和成形性能涉及宏观—介观—微观至少6个数量级的跨尺度形性协调。传统增材制造遵循典型的串联式路线，即结构设计—材料选择—加工工艺—实现性能；但因材料、结构和工艺等多因素耦合规律复杂，激光增材制造精确成形需反复试错，造成金属构件高性能目标实现困难。

针对这些问题，顾冬冬团队发展了新的材料—结构—工艺—性能一体化“并行模式”，在复杂整体构件内部同步实现多材料设计与布局、多层级结构创新与打印，以主动实现构件的高性能和多功能。

顾冬冬表示，该方法实现了“适宜材料打印至适宜位置”和“独特结构打印创成独特功能”。前者从合金和复合材料内部多相布局、二维和三维梯度多材料布局、材料与器件空间布局3个复杂度层级，揭示了多材料构件激光增材制造的科学内涵、成形机制与实现途径。后者揭示了拓扑优化结构、点阵结构、仿生结构增材制造的本质是分别将优化设计的材料及孔隙、最少的材料、天然优化的结构打印至构件内最合适的位置，提出了基于上述三类典型结构创新设计及增材制造实现轻量化、多功能化的原理、方法、挑战及对策。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abg1487