長三角G60雷射聯盟導讀
據悉，印度科研人員綜述了金屬增材制造的最新進展:裡程碑、趨勢、挑戰和前景。相關研究以“A state-of-the-art review on metal additive manufacturing: milestones, trends, challenges and perspectives”為題發表在《Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering》上。
文中全面綜述了金屬增材制造（MAM）。與傳統制造技術相比，MAM工藝具有設計自由、結構優化、幾乎可忽略廢料的生産以及複雜結構的制造等巨大能力和優勢，是未來工業制造系統中大有可為的技術。本綜述論文對MAM進行了全面分析，分析了其在粉末床熔融、定向能沉積、闆材層壓、金屬粘合劑噴射和材料擠壓等各種技術中的分類。此外，論文還研究了MAM 中使用的各種材料，包括傳統金屬和合金，以及新興的新型材料。論文深入探讨了冶金方面的問題，包括加工參數、凝固、冶金機制、顯微組織演變和力學性能。此外，文中還簡要介紹了工業界在采用這些技術時所面臨的各種主要挑戰，以及最近報道的一些解決方案。最後，文中綜述了這些技術發展道路上的一些重要未來趨勢和目前正在進行的開發活動。總之，文中提供了有關MAM的一些重要知識，包括其分類、材料、冶金學方面、挑戰以及未來趨勢和發展機遇。
圖1 MAM技術的分類
圖2 基于PBF的MAM技術示意圖:a SLS、b SLM和c EBM
圖3 基于DED的MAM技術示意圖:a LENS、b LFF、c WAAM和d EBFF
圖4 基于SL的MAM技術示意圖:a LOM、b UC 或 UAM 、c FSAM
圖5 與金屬增材制造相關的挑戰
圖6 a金屬立體光刻系統示意圖；b MFCAM工藝示意圖
圖7 零件加強工藝支架設計流程示意圖
圖8 不同模組化和仿真工具在制造部件相關長度尺度上的內建方法
圖9 MAM中機器學習和人工智能內建的可視化示意圖
金屬增材制造（MAM）是一項創新和變革性技術，具有徹底改變制造業的巨大潛力。這篇綜合綜述論文對金屬增材制造的各個方面進行了科學探索，包括其分類、材料、冶金方面、挑戰和未來趨勢。通過對現有文獻的深入研究，科研人員發現了一些重要發現，凸顯MAM在現代制造業中的深遠重要性和影響。
本綜述探讨了MAM中使用的各種材料，包括常見的金屬和合金，如鋼、鋁基合金、钛基合金、鎳基合金和钴基合金。此外，還研究了金屬基複合材料 (MMC)、高熵合金 (HEA)、塊狀金屬玻璃 (BMG) 和形狀記憶合金(SMA) 等新型材料和合金的潛力。這種材料種類繁多，可生産出具有定制特性的部件，有利于複雜設計和卓越性能的實作。MAM 的冶金方面是本綜述的重點，包括加工參數變量的影響、凝固的複雜性、潛在的冶金機制以及随後顯微組織和力學性能的演變。這些發現強調了精确控制加工參數（如雷射功率、掃描速度和層厚度）以獲得理想的顯微組織和機械特性的重要性。這些見解為工藝優化鋪平了道路，確定生産出性能穩定可靠的增材零件。盡管MAM潛力巨大，但正如本綜述所述，仍存在一些挑戰。這些挑戰包括有限的材料範圍、後處理要求、有限的制造體積、顯微組織和力學性能的各向異性、大規模生産能力、多材料沉積、标準化問題以及可重複性和再現性問題。要應對這些挑戰，需要研究人員、行業專業人士和政策制定者通力合作，充分挖掘MAM的潛力，促進其在各行各業的廣泛應用。未來的MAM趨勢和發展，本綜述将對此進行深入探讨。這些趨勢和發展包括：工藝技術的進步、新材料的探索和利用、增材制造設計（DfAM）原則與零件整合的融合、增材制造和減材制造技術的混合、自動化後處理技術的出現、對提高沉積率的追求、建立健全的品質控制措施、利用模組化和模拟進行工藝優化，以及将機器學習和人工智能融入增材制造領域。這些未來趨勢有望進一步增強MAM的能力和應用，使其真正成為制造業的一場革命。
最後，這篇綜述論文以嚴謹的科學态度和創造性的洞察力探讨了MAM的世界。其研究結果強調了MAM的變革潛力，特别是在制造複雜、定制和高性能元件方面。要充分發揮MAM的威力，研究人員、行業專業人士和政策制定者必須通力合作。通過克服現有挑戰、探索新材料和新工藝以及建立健全的标準和指導方針，可以實作MAM的廣泛應用。機器學習和人工智能的整合将進一步增強MAM的功能，使其具備智能流程優化和品質控制能力。随着科研人員走上MAM的道路，未來将蘊含無限可能，重塑制造業，推動科研人員進入創新和生産力的新時代。
論文連結：
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
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