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当前，金属增材制造(AM)领域研究的热点主要聚焦于制造超越传统工艺性能的金属部件，而这些部件的机械性能极大程度上受其微观结构的制约。尽管如此，通过增材制造技术提升力学性能的大多数研究，主要集中在晶粒细化及促使柱状晶向等轴晶转化（CET）的策略上。
迄今为止，多种有效促进CET的手段已在粉末融合增材制造（PFAM）过程中得到验证，包括调整工艺参数、采用激光束成型、合金元素设计创新、借助纳米级夹杂物诱发异质形核、实施高强度超声波诱导晶粒细化，以及后处理诱发的再结晶技术。其中，后四种策略展现出了定向调控微观结构演化的潜力，能够促成柱状晶到等轴晶的转变。此外，其他方法需要更多实验投入与成本，且在定向能沉积（DED）与PFAM技术中的通用性受限。因此，探寻既经济实惠又具备广泛适用性的新策略，以在现有条件下获得等轴细晶或粗晶近单晶微观结构，显得尤为迫切。
新加坡南洋理工大学研究团队通过在固定的工艺参数框架内系统调整粉末粒径，深入探究了粉末粒度分布（PSD）对激光定向能沉积（L-DED）制备的SS316L不锈钢微观结构演变的影响。从单道沉积至大块样品的有序研究设计有利于将微观结构演变对PSD变化的响应分离出来。基于此，研究团队介绍了一种熔池工程（MPE）方法，实验成果彰显了利用L-DED技术针对特定区域实施微观结构精准控制的可行性。进一步地，团队利用不同PSD对粉末床热物理特性及其对熔池凝固动态的调控作用，实现了增材制造过程中微观结构双向调节的新突破。尤为重要的是，该策略无需额外成本开销，即可使粗粒径PSD和细粒径PSD分别对应生成细等轴晶与粗柱状晶微观结构，为利用原材料粒度分布增强金属增材制造过程的可控性、经济性和可持续性开辟了新的路径。
相关研究成果以题为“Powder-size driven facile microstructure control in powder-fusion metal additive manufacturing processes”的论文发表在《Nature Communications》上。
图1. 3D 打印SS316L微观结构中PSD诱导的晶粒形态和尺寸控制。
图2. SS316L单道DED打印熔池结构和晶粒形貌图。
图3 . PSD诱导的DED微结构控制过程。
图4. E-PBF和L-DED制备的细粉和粗粉样品的拉伸性能及组织分析。
-编辑：王云飞-
-审核：丁孝禹-
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浙江工业大学
激光先进制造研究院
