輕質(zhì)鋁合金在航空航天、汽車等前沿領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用引起了人們對(duì)增材制造高價(jià)值鋁合金零件的極大興趣。作為主流的增材制造技術(shù)，激光定向能量沉積(LDED)具有良好的可擴(kuò)展性，可以滿足大尺寸部件制造和維修的要求。然而，由于固有的激光成型性差(如低激光吸收率，高氧化敏感性和開裂傾向)，LDED鋁合金具有很大的挑戰(zhàn)性。為了進(jìn)一步促進(jìn)LDED高性能鋁合金的發(fā)展，新加坡制造技術(shù)研究院(SIMTech)聯(lián)合吉林大學(xué)、華南理工大學(xué)和中南大學(xué)在工程領(lǐng)域TOP期刊International Journal of Extreme Manufacturing(IF 14.7)上聯(lián)合發(fā)表了題為“Review on Laser Directed Energy Deposited Aluminum Alloys”的系統(tǒng)綜述。全文3萬余字，26個(gè)圖，深入探討了LDED鋁合金所面臨的挑戰(zhàn)和相應(yīng)的解決策略，綜述了鋁合金可打印性差的根本原因，并總結(jié)了提高鋁合金可打印性以獲得更高機(jī)械性能的實(shí)用策略。系統(tǒng)地討論了LDED鋁合金中工藝參數(shù)、合金成分優(yōu)化、顯微組織和力學(xué)性能之間的潛在相關(guān)性，歸納總結(jié)了LDED鋁合金的力學(xué)性能現(xiàn)狀和主要的強(qiáng)化機(jī)理。這篇綜述旨在針對(duì)目前LDED鋁合金的研究進(jìn)展提供一個(gè)客觀和深入的評(píng)價(jià)，并對(duì)LDED高性能鋁合金的發(fā)展前景和機(jī)遇進(jìn)行展望。

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成果簡(jiǎn)介

激光增材制造(LAM)和電弧增材制造(WAAM)是常用的先進(jìn)金屬增材制造技術(shù)。與WAAM相比，LAM具有以下幾個(gè)方面的普遍優(yōu)勢(shì):(1)精細(xì)激光束可以加工微小特征，實(shí)現(xiàn)高精度和高分辨率制造;(ii)激光束的高能量密度使金屬材料快速熔化和凝固，從而獲得細(xì)小晶粒和更高的材料強(qiáng)度;(iii)材料浪費(fèi)少;(iv)更靈活地制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和幾何形狀，如圖1。通常，LDED和LPBF是LAM的兩個(gè)分支，具有不同的材料輸送方式。與LPBF相比，LDED在以下幾個(gè)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):(i)沉積速率高一個(gè)數(shù)量級(jí);(ii)大尺寸部件制造;(iii)高價(jià)值部件的局部維修;(iv)制備梯度復(fù)合材料的靈活性高;(5)與其他技術(shù)(如機(jī)加工、軋制)集成的靈活性更高。在這些優(yōu)勢(shì)的驅(qū)動(dòng)下，LDED鋁合金具有重要的研究?jī)r(jià)值和發(fā)展?jié)摿Γ梢詫?shí)現(xiàn)組件整合，提高器件完整性，有效降低組裝難度和生產(chǎn)成本。然而，由于沉積環(huán)境、熱歷史、冷卻速度和凝固方式的差異，與LPBF相比，LDED鋁合金在實(shí)現(xiàn)細(xì)晶粒、均勻元素分布和高力學(xué)性能方面面臨更多挑戰(zhàn)，如圖2所示。近年來，對(duì)LDED鋁合金成形性能、微觀組織演變和力學(xué)性能的研究備受關(guān)注，并有望推動(dòng)航空航天和汽車制造等領(lǐng)域的發(fā)展。

圖1典型的LAM制造的鋁合金零件。(a)采用Scalmalloy?合金的AM客艙仿生隔板(來源:空客)。(b)采用AlSi10Mg合金制備的LAM衛(wèi)星天線支架。(c)由A6061-RAM2制成的LAM散熱器。(d)Mercedes卡車LAM備件。

圖2 LDED和LPBF加工鋁合金的組織和力學(xué)性能比較。(a)激光加工后材料的凝固行為。(b)和(d)LPBF鋁合金的典型顯微組織。(c)和(e)LDED鋁合金的典型顯微組織。(f)和(g)LPBF和LDED鋁合金的光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)。(h)LDED和LPBF處理同一種鋁合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

本文主要針對(duì)目前提高LDED鋁合金可打印性及成型性的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，主要分為六個(gè)部分：參數(shù)優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)輔助、合金成分優(yōu)化、顆粒增強(qiáng)體輔助強(qiáng)化、多場(chǎng)結(jié)合輔助LDED以及熱處理工藝優(yōu)化。最終，總結(jié)了當(dāng)前報(bào)道的LDED鋁合金的力學(xué)性能。

1.參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化主要分為兩大類：激光相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化以及沉積相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化。如圖3所示，在激光相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化方面，表面能密度通常與激光功率呈正相關(guān)，與掃描速度和激光光斑尺寸呈負(fù)相關(guān)。此外，適當(dāng)提高激光功率可在一定程度上減小粉末軌跡偏差。激光掃描速度在一定程度上決定了晶粒生長(zhǎng)速度。一般來說，高掃描速度可以實(shí)現(xiàn)高生長(zhǎng)速率，促進(jìn)微觀結(jié)構(gòu)細(xì)化。沉積件的致密度主要受激光能量密度的影響。能量密度不足通常導(dǎo)致熔合不足或?qū)娱g粘合不良。反之，極高的能量密度會(huì)使熔池中的湍流吸收保護(hù)氣體，導(dǎo)致合金元素蒸發(fā)，形成孔隙。此外，紅外激光在孔內(nèi)的反復(fù)反射會(huì)導(dǎo)致液滴飛濺，影響LDED工藝的穩(wěn)定性。值得一提的是，由于波長(zhǎng)較短，波長(zhǎng)為450 nm的藍(lán)色激光可以將激光吸收率提高到14.5%，約為紅外激光器的兩倍，這將顯著減少激光散射和液滴飛濺的產(chǎn)生。

圖3激光相關(guān)參數(shù)對(duì)LDED鋁合金顯微組織的影響。(a)不同激光功率，(b)不同沉積速度，(c)不同激光光斑尺寸下的LDED熱循環(huán)。(d)高速成像獲得的AlSi10Mg粉末密度圖。(e)鋁合金LDED中溫度梯度與生長(zhǎng)速率的關(guān)系圖。(f)AlSi10Mg合金LDED中S/N比-相對(duì)密度主效果圖。(g)AlSi10Mg合金的相對(duì)密度與能量密度的相關(guān)性。(h)高斯紅外激光束的能量密度。(i)紅外激光產(chǎn)生的熔池。(j)藍(lán)色激光束的能量密度。(k)藍(lán)色激光產(chǎn)生的熔池。

如圖4所示，在沉積相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化方面，送粉速率主要影響單道的連續(xù)性和幾何形狀的規(guī)律性。適當(dāng)提高沉積速率有利于形成更均勻的沉積徑跡。送粉速率也直接決定了層厚，并間接影響了LDED的凝固條件和內(nèi)部熱循環(huán)。較高的沉積速率對(duì)應(yīng)于較高的層厚度。保護(hù)氣體的流量從以下幾個(gè)方面影響LDED鋁合金構(gòu)件的質(zhì)量:首先，它可能會(huì)影響粉末的流動(dòng)速度，保護(hù)氣體的流量越大，熔池中粉末的數(shù)量就會(huì)增加。其次，會(huì)影響鋁粉的速度。保護(hù)氣體流速的加快會(huì)使鋁粉更容易回彈。三是在沉積過程中對(duì)鋁粉的氧化程度有很大影響。四是影響LDED鋁合金的孔隙率。保護(hù)氣體流速過大會(huì)導(dǎo)致熔池?cái)_動(dòng)，在快速凝固過程中容易產(chǎn)生孔洞。因此，一般選擇適度的保護(hù)氣體流速，在保證鋁粉低氧化率的前提下，盡量減少熔池?cái)_動(dòng)，從而減少氣孔的產(chǎn)生。此外，近年來相關(guān)工作探索了許多新穎的掃描策略，這些策略在空間和時(shí)間維度上具有創(chuàng)新性，以提高鋁合金的可打印性和可成形性，例如：雙向沉積策略更有利于降低LDED過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；層間暫停策略可有效消除熱裂紋；預(yù)熱或水冷卻基底有利于減少LDED鋁合金的冶金缺陷。

圖4沉積相關(guān)參數(shù)對(duì)LDED鋁合金組織的影響。(a)低層厚時(shí)晶粒分布圖。(b)高層厚時(shí)晶粒分布圖。(c)Al2024雙向LDED的IPF圖。(d)Al2024單向LDED的IPF圖。(e-i)T6熱處理后Al 6061的EBSD圖，層間暫停分別為(e)0 s，(f)8 s，(g)15 s，(h)30 s，(i)每4層30 s。(j)基板未預(yù)熱的LDED Al 7075合金的光學(xué)顯微鏡分析。(k)經(jīng)基板預(yù)熱的LDED Al 7075合金的光學(xué)顯微鏡分析。(l)基板空冷的Al-Mg-Sc-Zr鋁合金的光學(xué)顯微鏡分析。(m)基板水冷的Al-Mg-Sc-Zr LDED合金的光學(xué)顯微鏡分析。（插圖）經(jīng)許可使用。

2.機(jī)器學(xué)習(xí)輔助

選擇合適的加工窗口是加工LDED鋁合金的關(guān)鍵。然而，對(duì)于印刷性差的鋁合金，加工窗口優(yōu)化工藝需要較高的時(shí)間成本。近年來，機(jī)器學(xué)習(xí)的快速發(fā)展為金屬增材制造的加工窗口優(yōu)化提供了一條捷徑，可以有效地促進(jìn)更快地選擇最合適的工藝參數(shù)。目前領(lǐng)先的機(jī)器學(xué)習(xí)算法是監(jiān)督學(xué)習(xí)，它根據(jù)已知的輸入和輸出結(jié)果之間的關(guān)系，從現(xiàn)有數(shù)據(jù)中通過訓(xùn)練得到最優(yōu)模型。主要過程包括數(shù)據(jù)采集、特征處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)模型、結(jié)果訓(xùn)練和測(cè)試，如圖5所示。Caiazzo等人提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，可以準(zhǔn)確估計(jì)出正確的激光功率、掃描速度和送粉速度，以實(shí)現(xiàn)指定幾何形狀的LDED Al 2024合金，其平均絕對(duì)百分比誤差分別低至2.0%、5.8%和5.5%。

圖5 LDED鋁合金的機(jī)器學(xué)習(xí)過程。(a)機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)采集。(b)機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)采集特征進(jìn)行處理。(c)提出了基于聲信號(hào)處理和深度學(xué)習(xí)的原位缺陷檢測(cè)框架。(d)機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化與驗(yàn)證。（插圖）經(jīng)許可使用。

3.合金成分優(yōu)化

合金成分會(huì)影響LDED鋁合金的凝固行為、晶粒生長(zhǎng)和析出行為。例如，添加Sc和Zr因其在改變凝固范圍、細(xì)化組織和強(qiáng)化析出相方面的優(yōu)異效果而受到廣泛關(guān)注。如圖6，Sc和Zr在鋁中的最大固溶度分別僅為0.35 wt.%和0.26 wt.%，但快速凝固可使鋁基體中Sc和Zr的含量增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。初生Al3(Sc,Zr)顆?？梢栽谌鄢貎?nèi)和邊界析出，且Sc/Zr含量的增加促進(jìn)了Al3(Sc,Zr)顆粒的成核。LDED鋁合金具有較高的熱梯度，通常導(dǎo)致柱狀晶粒的形成。而初生Al3(Sc,Zr)顆粒可促進(jìn)鋁的異質(zhì)形核，形成等軸晶。此外，人工時(shí)效過程中形成的次生Al3(Sc,Zr)也具有高效的強(qiáng)化作用。Zr可以顯著延緩析出相的粗化，并擴(kuò)散到Al3Sc中形成具有核殼結(jié)構(gòu)的次生Al3(Sc,Zr)，并可以有效降低鋁合金的固液界面能和表面張力，從而降低鋁合金的粘度，改善鋁熔池固有的流動(dòng)性差的問題。此外，通常還采用Si元素誘導(dǎo)形成低熔點(diǎn)的Al-Si共晶相來降低LDED鋁合金工件的高熱裂敏感性。近年來還發(fā)現(xiàn)Ce可以通過在快速凝固過程中形成具有優(yōu)異的抗粗化能力的Al11Ce3顯著提高LDED鋁合金的高溫穩(wěn)定性。此外，Mg的加入也可促進(jìn)了α-Al晶粒由粗柱狀向細(xì)等軸狀轉(zhuǎn)變并阻礙δ相向γ相轉(zhuǎn)變。同時(shí)，也有利于形成具有較好力學(xué)性能的Al15Mn3Si2相。

圖6合金成分優(yōu)化對(duì)LDED鋁合金微觀組織的影響。

4.顆粒增強(qiáng)體輔助強(qiáng)化

顆粒增強(qiáng)體輔助優(yōu)化主要分為兩大類：外加顆粒強(qiáng)化和內(nèi)生顆粒強(qiáng)化。如圖7所示，就外加顆粒而言，一般來說，顆粒與基體之間的界面結(jié)合和潤(rùn)濕性是至關(guān)重要的，有利于載荷的傳遞。此外，外加顆粒在細(xì)化晶粒方面起著重要作用，有利于降低鋁合金在LDED加工過程中的裂紋敏感性，提高鋁合金的成形性。一方面，提供了更多的成核位點(diǎn);另一方面，增強(qiáng)顆粒作為生長(zhǎng)阻滯劑，釘在晶界上阻礙晶粒生長(zhǎng)。有效的晶粒等軸化可顯著減弱LDED樣品內(nèi)部的殘余應(yīng)力。外加顆粒也能促進(jìn)熔池內(nèi)部熔體流動(dòng)。由于顆?？梢詭椭X合金熔池吸收更多能量，從而降低了動(dòng)粘度，增加了馬蘭戈尼強(qiáng)度，由此產(chǎn)生的熔池內(nèi)部對(duì)流可以得到增強(qiáng)，相當(dāng)于攪拌，從而改善鋁合金顯微組織的均勻性。此外，一些研究證實(shí)，兩種或多種雜化陶瓷增強(qiáng)似乎比單一顆粒增強(qiáng)更能有效地提高鋁合金的成形性和可打印性。

圖7外加顆粒對(duì)LDED鋁合金組織的影響。(a)和(b)分別為TiC/Al和TiB2/Al界面的HETEM圖。(c-e)3 wt.%TiB2p/2024Al的TEM圖和(c)中位置1的Al和Ti元素分布圖像。(f)和(g)LDED 2024鋁合金和TiB2/2024鋁合金的IPF圖。(h)未加TiC和加TiC增強(qiáng)鋁粉末的激光反射率。(i)不同TiC含量的LDED Al-Zn-Mg-Cu樣品的OM圖。(j)LDED過程中Al 2024和TiB2/Al 2024熔池流動(dòng)。(k)和(l)分別為無TiC增強(qiáng)的LDED AA7075合金和經(jīng)T6處理后TiC增強(qiáng)的LDED AA7075合金的KAM圖。

外加顆粒的增強(qiáng)作用通常被認(rèn)為是“非原位”增強(qiáng)，由于陶瓷/金屬界面的潤(rùn)濕性差和熱物理性質(zhì)的差異，其在復(fù)合材料內(nèi)部的載荷傳遞增強(qiáng)作用減弱。此外，通過機(jī)械攪拌法添加非原位增強(qiáng)顆粒難以實(shí)現(xiàn)顆粒的均勻分散，而球磨法容易破壞增強(qiáng)顆粒的結(jié)構(gòu)完整性。近年來有研究證實(shí)，內(nèi)生顆粒也能有效提高鋁合金在LAM中的可打印性，如圖8所示。一般來說，原位合成主要有兩種模式，即在LAM前的熔煉過程中原位合成增強(qiáng)顆?；蛟贚AM過程中原位合成增強(qiáng)顆粒。與外加顆粒相比，內(nèi)生顆粒不受破壞，具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性，可以更顯著地提高激光吸收率。

圖8內(nèi)生顆粒在激光增材制造鋁合金中的作用。(a)內(nèi)生TiB2納米顆粒制備Al-Cu-Mg粉末工藝路線示意圖。(b)內(nèi)生TiB2納米顆粒Al-Cu-Mg粉末截面BSE圖、EBSD圖及相應(yīng)的晶界圖。(c)(B4C Ti)/AlSi10Mg復(fù)合粉末的SEM。(d)LAM后添加B4C Ti的AlSi10Mg基復(fù)合材料的BSE。(e)-(g)AlSi10Mg基復(fù)合材料中殘余未反應(yīng)B4C相附近微觀結(jié)構(gòu)的透射電鏡。(h)內(nèi)生陶瓷與Al基體界面的HETEM圖。(i)不同含量的內(nèi)生TiB2納米顆粒/2024 Al粉末的激光反射率曲線。(j)不同TiB2納米顆粒含量的LAM 2024鋁合金的相對(duì)密度。（插圖）經(jīng)許可使用。

5.多場(chǎng)結(jié)合輔助LDED

近年來，場(chǎng)輔助LDED技術(shù)在鋁合金加工中引起廣泛關(guān)注，在有效減少缺陷和殘余應(yīng)力、細(xì)化組織和提高鋁合金性能方面具有巨大潛力，如機(jī)械場(chǎng)、熱場(chǎng)、聲場(chǎng)、磁場(chǎng)等，以克服局限性，提高LDED鋁合金的可打印性和可成形性。到目前為止，研究場(chǎng)輔助LDED鋁合金的文獻(xiàn)有限，目前已經(jīng)報(bào)道的包括振蕩激光輔助LDED、激光沖擊錘擊輔助LDED、激光電弧復(fù)合LDED、磁場(chǎng)輔助LDED、軋制輔助LDED以及超聲輔助LDED，如圖9。

圖9場(chǎng)輔助鋁合金LDED。(a)振蕩激光輔助LDED原理圖。(b)和(c)激光光斑振蕩對(duì)孔隙分布的影響:(b)t+0 s;(c)t+1 s。(d)激光沖擊錘擊輔助LDED的原理圖。(e)不同最大壓力下激波作用下孔隙閉合機(jī)制示意圖。(f)激光-電弧混合增材制造系統(tǒng)示意圖。(g)-(i)晶粒細(xì)化機(jī)理圖:(g)單Tig熔池。(h)激光-Tig混合熔池。(i)(h)中A區(qū)域的放大。(j)磁場(chǎng)輔助LDED的原理圖。(k)電磁場(chǎng)下的激光焊接系統(tǒng)。(l)無磁場(chǎng)或有磁場(chǎng)時(shí)AlMg3合金焊縫孔隙分布。(m)軋制輔助LDED的原理圖。(n)和(o)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床對(duì)激光熔覆試樣的深表面滾壓加工。(p)激光包覆樣品中流體靜力應(yīng)力的中子衍射結(jié)果。(q)4047鋁合金超聲振動(dòng)輔助LDED工藝示意圖。(r)超聲振動(dòng)輔助LDED制備的4047鋁合金在不同激光重熔功率下的OM圖。（插圖）經(jīng)許可使用。

6.熱處理工藝優(yōu)化

逐層沉積的LDED工藝具有獨(dú)特的熱循環(huán)，可以觸發(fā)沉積材料的本征熱處理，從而可以省略后續(xù)復(fù)雜的熱處理工藝。這種特性在Al-Cu、Al-Li、Al-Sc-Zr、Al-Zn-Mg和Al-Si合金中尤為突出。如圖10，高溫效應(yīng)對(duì)LDED鋁合金本征熱處理的影響如下:(i)由于復(fù)雜的熱歷史，沿構(gòu)建方向析出相的類型和大小可能存在差異;(ii)沉淀粗化;(iii)促進(jìn)共格納米析出相的析出，在強(qiáng)度提升中起著至關(guān)重要的作用;(iv)高溫下析出的納米級(jí)析出相抑制晶粒的生長(zhǎng);(v)Al-Si合金中Si相的球化。

圖10本征熱處理對(duì)LDED鋁合金析出相的影響。(a)LDED過程中2A97 Al-Li合金熱循環(huán)和析出相的區(qū)域差異機(jī)理圖。(b-d)LDED 2A97 Al-Li合金沿構(gòu)建方向不同區(qū)域的亮場(chǎng)TEM圖像和SAED圖。(e)從LDED Scalmalloy?合金和AlSc1.0Zr0.4合金底部進(jìn)行的原子探針層析成像。(f)和(g)Al-5.32Si-1.19Cu-0.46 Mg-0.09Fe合金中納米級(jí)Q′相的TEM和HRTEM圖。(h)Al-5.32Si-1.19Cu-0.46 Mg-0.09Fe樣品頂、底區(qū)XRD譜圖比較。(i)LDED AlSi10Mg合金的亮場(chǎng)TEM圖和球形和非球形Si相。

LDED加工過程通常會(huì)導(dǎo)致鋁合金構(gòu)件內(nèi)部的組織不均勻和應(yīng)力積累。為了優(yōu)化組織以獲得更高的力學(xué)性能，通常需要進(jìn)行后熱處理。如圖11，后熱處理對(duì)LDED鋁合金顯微組織演化的影響主要有以下幾個(gè)方面:(i)減輕沉積態(tài)試樣中元素的富集，促進(jìn)元素的均勻分布;(ii)減弱殘余應(yīng)力;(iii)均勻化晶界取向偏差;(iv)使Si相球化;(v)促進(jìn)沉淀硬化。

圖11后熱處理對(duì)LDED鋁合金組織形態(tài)的影響。(a)和(b)分別為沉積態(tài)和熱處理態(tài)Al-5Si-1Cu-Mg合金的背散射電子圖和相應(yīng)的波長(zhǎng)色散X射線光譜元素分布圖。(c)和(d)分別為沉積態(tài)和熱處理態(tài)LDED Al 7075合金的EBSD圖。(e)和(f)Al 7075合金沉積態(tài)和熱處理態(tài)晶界取向圖。(g)和(h)沉積態(tài)和熱處理Al 7075合金的晶界取向角分布統(tǒng)計(jì)。(i)沉積態(tài)Al-5Si-1Cu-Mg的SEM圖。(j)和(k)分別為(i)中j和k區(qū)的放大圖。(l-n)450°C 6 h、500°C 6 h和550°C 6 h后LDED Al-5Si-1Cu-Mg樣品的SEM圖。(o)LDED AlSi10Mg熱處理過程中Si相演化示意圖。（插圖）經(jīng)許可使用。

LDED鋁合金的拉伸性能是評(píng)價(jià)其工程應(yīng)用潛力的最直觀的方法之一。如上所述，材料成分設(shè)計(jì)和修改(例如，顆粒增強(qiáng))，工藝參數(shù)優(yōu)化以及適當(dāng)?shù)臒崽幚碇g的相互作用對(duì)于獲得良好的機(jī)械性能至關(guān)重要。圖12總結(jié)了不同系列LDED鋁合金在沉積態(tài)和熱處理態(tài)下的室溫拉伸性能。

圖12LDED加工不同系列鋁合金的力學(xué)性能。(a)沉積態(tài)下屈服強(qiáng)度vs斷裂延伸率；(b)沉積態(tài)下的極限抗拉強(qiáng)度vs斷裂延伸率；(c)后熱處理態(tài)下屈服強(qiáng)度vs斷裂延伸率；(d)后熱處理態(tài)下極限抗拉強(qiáng)度vs斷裂延伸率。

綜上所述，我們對(duì)常見的LDED加工鋁合金過程中容易出現(xiàn)的缺陷以及其產(chǎn)生原因和相應(yīng)的解決措施進(jìn)行了總結(jié)和歸納，如圖13所示。

圖13 LDED鋁合金中常見缺陷的產(chǎn)生原因及解決措施。（插圖）經(jīng)許可使用。

未來展望

高端的航空航天公司(如勞斯萊斯和波音)對(duì)用于航空航天和維護(hù)、修理和全面改造的高強(qiáng)度鋁合金部件的需求不斷增加。為了填補(bǔ)研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用之間的差距，未來在LDED鋁合金材料、工藝、缺陷監(jiān)測(cè)和微觀結(jié)構(gòu)控制方面的創(chuàng)新對(duì)于進(jìn)一步提高鋁合金的可印刷性和性能，推動(dòng)其工程認(rèn)證和應(yīng)用至關(guān)重要(如圖26所示)。(1)在材料的定制方面：易燒損合金元素補(bǔ)償、加入脫氧元素、通過物理熱裂模型預(yù)測(cè)熱裂敏感性與合金成分之間的關(guān)系、以及機(jī)器學(xué)習(xí)等策略可以有效地輔助LDED鋁合金的成分設(shè)計(jì)和定制，從而節(jié)省了試錯(cuò)過程的成本和時(shí)間。(2)在工藝創(chuàng)新方面：通過適當(dāng)?shù)乃惴梢詫?shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝窗口的預(yù)測(cè)?；谝恍?shí)用的模型訓(xùn)練，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)特定參數(shù)下缺陷發(fā)生的概率并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償原料成分。此外，鋁合金對(duì)綠色或藍(lán)色激光具有更高的吸收率，可以實(shí)現(xiàn)更高效率的近凈形結(jié)構(gòu)制造。(3)在微觀組織結(jié)構(gòu)控制方面：析出相、細(xì)小等軸晶和混晶組織均表現(xiàn)出高效的強(qiáng)化能力。未來可以嘗試多種有效的熱處理策略，多種能量場(chǎng)輔助設(shè)計(jì)，以提高LDED鋁合金的可打印性和可成形性。(4)在缺陷和表面質(zhì)量監(jiān)控方面：在對(duì)制件質(zhì)量控制要求嚴(yán)格的情況下，可以推廣在線缺陷檢測(cè)。通過對(duì)信號(hào)特征的提取和可視化，訓(xùn)練模型可以檢測(cè)、分類和預(yù)測(cè)相應(yīng)的缺陷和尺寸誤差。(5)在工程認(rèn)證方面：與傳統(tǒng)的鑄造和塑性成形相比，LDED是一種新興的制造技術(shù)，這意味著需要經(jīng)過嚴(yán)格的工程認(rèn)證以及新的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和程序作為基準(zhǔn)和參考。(文/劉天舒)

圖26.LDED鋁合金的未來發(fā)展展望。