金属增材制造的最新进展综述：里程碑、趋势、挑战和前景

来源： 长三角G60激光联盟

据悉，印度科研人员综述了金属增材制造的最新进展:里程碑、趋势、挑战和前景。相关研究以“A state-of-the-art review on metal additive manufacturing: milestones, trends, challenges and perspectives”为题发表在《Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering》上。

文中全面综述了金属增材制造（MAM）。与传统制造工艺相比，MAM工艺具有设计自由、结构优化、几乎可忽略废料的生产以及复杂结构的制造等巨大能力和优势，是未来工业制造系统中大有可为的技术。本综述论文对MAM进行了全面分析，分析了其在粉末床熔融、定向能沉积、板材层压、金属粘合剂喷射和材料挤压等各种技术中的分类。此外，论文还研究了MAM 中使用的各种材料，包括传统金属和合金，以及新兴的新型材料。论文深入探讨了冶金方面的问题，包括加工参数、凝固、冶金机制、显微组织演变和力学性能。此外，文中还简要介绍了工业界在采用这些技术时所面临的各种主要挑战，以及最近报道的一些解决方案。最后，文中综述了这些技术发展道路上的一些重要未来趋势和目前正在进行的开发活动。总之，文中提供了有关MAM的一些重要知识，包括其分类、材料、冶金学方面、挑战以及未来趋势和发展机遇。

图1 MAM技术的分类

图2 基于PBF的MAM技术示意图:a SLS、b SLM和c EBM

图3 基于DED的MAM技术示意图:a LENS、b LFF、c WAAM和d EBFF

图4 基于SL的MAM技术示意图:a LOM、b UC 或 UAM 、c FSAM

图5 与金属增材制造相关的挑战

图6 a金属立体光刻系统示意图；b MFCAM工艺示意图

图7 零件加固工艺支架设计流程示意图

图8 不同建模和仿真工具在制造部件相关长度尺度上的集成方法

图9 MAM中机器学习和人工智能集成的可视化示意图

金属增材制造（MAM）是一项创新和变革性技术，具有彻底改变制造业的巨大潜力。这篇综合综述论文对金属增材制造的各个方面进行了科学探索，包括其分类、材料、冶金方面、挑战和未来趋势。通过对现有文献的深入研究，科研人员发现了一些重要发现，凸显MAM在现代制造业中的深远重要性和影响。

本综述探讨了MAM中使用的各种材料，包括常见的金属和合金，如钢、铝基合金、钛基合金、镍基合金和钴基合金。此外，还研究了金属基复合材料 (MMC)、高熵合金 (HEA)、块状金属玻璃 (BMG) 和形状记忆合金(SMA) 等新型材料和合金的潜力。这种材料种类繁多，可生产出具有定制特性的部件，有利于复杂设计和卓越性能的实现。MAM 的冶金方面是本综述的重点，包括加工参数变量的影响、凝固的复杂性、潜在的冶金机制以及随后显微组织和力学性能的演变。这些发现强调了精确控制加工参数（如激光功率、扫描速度和层厚度）以获得理想的显微组织和机械特性的重要性。这些见解为工艺优化铺平了道路，确保生产出性能稳定可靠的增材零件。尽管MAM潜力巨大，但正如本综述所述，仍存在一些挑战。这些挑战包括有限的材料范围、后处理要求、有限的制造体积、显微组织和力学性能的各向异性、大规模生产能力、多材料沉积、标准化问题以及可重复性和再现性问题。要应对这些挑战，需要研究人员、行业专业人士和政策制定者通力合作，充分挖掘MAM的潜力，促进其在各行各业的广泛应用。未来的MAM趋势和发展，本综述将对此进行深入探讨。这些趋势和发展包括：工艺技术的进步、新材料的探索和利用、增材制造设计（DfAM）原则与零件整合的融合、增材制造和减材制造工艺的混合、自动化后处理技术的出现、对提高沉积率的追求、建立健全的质量控制措施、利用建模和模拟进行工艺优化，以及将机器学习和人工智能融入增材制造领域。这些未来趋势有望进一步增强MAM的能力和应用，使其真正成为制造业的一场革命。

最后，这篇综述论文以严谨的科学态度和创造性的洞察力探讨了MAM的世界。其研究结果强调了MAM的变革潜力，特别是在制造复杂、定制和高性能组件方面。要充分发挥MAM的威力，研究人员、行业专业人士和政策制定者必须通力合作。通过克服现有挑战、探索新材料和新工艺以及建立健全的标准和指导方针，可以实现MAM的广泛应用。机器学习和人工智能的整合将进一步增强MAM的功能，使其具备智能流程优化和质量控制能力。随着科研人员走上MAM的道路，未来将蕴含无限可能，重塑制造业，推动科研人员进入创新和生产力的新时代。


论文链接：

Badoniya, P., Srivastava, M., Jain, P.K.et al. A state-of-the-art review on metal additive manufacturing: milestones, trends, challenges and perspectives. J Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 46, 339 (2024). https://doi.org/10.1007/s40430-024-04917-8