A spiral laser scanning routine for powder bed fusion inspired by natural predator-prey behavior
通过激光粉末床熔融（LPBF）进行的增材制造提供了材料的多功能性，复杂几何形状的能力，以及对机械性能和微观结构的控制。然而，实现高质量的输出需要考虑局部和全局热梯度的工艺参数。在这里，我们提出了一种新的扫描模式，以减轻由不均匀的加热和冷却引起的零件质量问题。一个自然启发的设计方法，以获得一个螺旋图案源于捕食者-猎物的行为，和功率优化例程应用于保持恒定的熔池深度。比较模拟的热历史的螺旋图案，以完善的锯齿形和螺旋扫描模式，我们建议，螺旋图案显着降低了整个扫描区域的温度的空间变化，而更大的区域仍然高于指定的阈值温度在扫描结束时。因此，螺旋模式是有前途的LPBF的易裂材料，并为未来的LPBF整体优化。
2021-11-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A multiscale nonequilibrium model for melting of metal powder bed subjected to constant heat flux
建立了一个基于非平衡热效应的金属粉末床在恒定热流下熔化的多尺度数值模型。考虑了密度变化引起的体积收缩。采用隐式有限差分法对非平衡模型进行离散，并采用迭代三对角矩阵算法进行数值求解。研究了熔化过程中粉床表面温度、各个界面位置的变化以及熔化温度范围。结果表明，随着熔化过程的进行，在未烧结区的顶部形成了液相区、糊状区的上部和下部。随着初始孔隙率或初始温度的增加，预热阶段的持续时间缩短，熔化速率加快，而颗粒尺寸对熔化过程的影响很小。参数研究表明，粉末床的熔化温度范围随着初始孔隙率的增加而变宽，初始温度的降低或颗粒尺寸的增加。
2016-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Bulk nanostructured AlCoCrFeMnNi chemically complex alloy synthesized by laser-powder bed fusion process
我们报告的大块纳米结构合金的合成使用激光粉末床融合过程。等原子AlCoCrFeMnNi化学复合合金形成纳米调制结构，其在建成状态下均匀分布。纳米结构由富Al和Ni的有序（B2）和富Cr和Fe的无序（A2）BCC相组成。这两相形成了一个相互关联的相网络，具有一致的界面边界。原子探针断层扫描和像差校正扫描透射电子显微镜分析的调制结构的空间分布表明发生纳米尺度的调幅分解。这些结果介绍了直接合成大块纳米结构的合金与有前途的几何灵活性。
2020-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Architectural bone parameters and the relationship to titanium lattice design for powder bed fusion additive manufacturing
钛（Ti）和Ti-6Al-4V晶格的增材制造（AM）已被提议用于骨植入物和增强器械。对于骨应用，Ti和Ti-6Al-4V具有良好的生物相容性、耐腐蚀性和疲劳强度;然而，与人体骨小梁和皮质骨的天然微观和介观结构相对应的Ti-6Al-4V晶格设计的最佳参数尚未得到充分理解。完成了一项全面的综述，以比较人骨中的天然晶格结构与Ti和Ti-6Al-4V晶格结构用于骨置换和修复的特性。Ti和Ti-6Al-4V的晶格孔隙率从15%到97%不等，大多数研究报告的孔隙率在50- 70%之间。皮质骨的孔隙率约为5-15%，孔隙率为50-70%的网格能够实现相当的刚度、压缩强度和屈服强度。报告的骨小梁孔隙率范围为70- 90%，骨小梁厚度为120-200 μm。现有的粉末床熔合技术已经产生了200-1669 μm的支柱和壁厚。这表明Ti和Ti-6Al-4V晶格结构的当前AM与骨小梁结构之间的重叠有限，表明利用晶格化复制天然骨小梁参数具有极大的挑战性。本综述通过确定Ti和Ti-6Al-4V晶格与骨微结构自然参数的对应关系，为知识体系做出贡献，并为解决粉末床融合技术公认的性能差距提供设计和AM建议的进一步指导。
2021-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Polymer-bonded magnets produced by laser powder bed fusion: Influence of powder morphology, filler fraction and energy input on the magnetic and mechanical properties
本研究对比了LPBF工艺中片状与球形SmFeN填料的性能，发现片状颗粒会垂直堆积方向排列，可低成本制备各向异性复合材料，同时明确了填料占比、形貌对磁性能的影响规律。
2022-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strongly out-of-equilibrium columnar solidification during the Laser Powder-Bed Fusion additive manufacturing process
基于激光的增材制造为金属零件的3D打印提供了一条有前途的途径。我们的实验证据在激光粉末床熔融处理Inconel 718镍基合金，我们解释使用相场模拟和经典的枝晶生长理论的一个特定的柱状凝固微观结构。由于大的温度梯度和冷却速率，凝固通过枝晶阵列发生，其中特征长度尺度，即尖端半径，扩散长度和初级间距，是相同的数量级。这导致枝晶尖端之间的相互作用较弱，并且侧支化急剧减少。然后，所得的不规则的蜂窝状固化图案在与完全熔池固化相当的时间尺度上保持稳定，如在竣工材料中所观察到的。
2018-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Phase Transformations During Continuous Cooling in Inconel 718 Alloys Manufactured by Laser Powder Bed Fusion and Suction Casting
了解合金在连续冷却过程中的相变对于后处理设计和优化非常重要。在这项工作中，连续冷却转变（CCT）图的Inconel 718合金的激光粉末床熔化（LPBF）和吸铸在不同的均匀化条件下的发展。与所报告研究中的可用CCT图不同，未观察到伽马双撇和伽马撇沉淀。NbC和δ被确定为从γ基体冷却后的沉淀物。重要的是，均质化时间和制造方法被发现会影响NbC颗粒附近的基体中的Nb均匀性，从而显著影响具有高Nb含量的δ相的沉淀过程。在具有高Nb均匀性的合金中，形核过程主要贡献于沉淀，而在具有低Nb均匀性的合金中，沉淀主要与生长过程相关。在0.1 K/s的冷却速度下，亚晶形成，并可导致样品中的最高硬度。本文的研究为Inconel 718合金冷却过程中的工艺-组织-性能关系的研究提供了新的视角，对合金后处理策略的制定具有一定的参考价值。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Green laser powder bed fusion based fabrication and rate-dependent mechanical properties of copper lattices
由周期性固体框架和孔隙组成的晶格结构由于其高比强度和大变形而可用于能量吸收应用。然而，这些结构通常遭受屈服后软化，这源于可用材料选择的有限塑性。本研究的目的是解决这个问题，通过制造由延展性纯铜（Cu）制成的晶格结构。首次采用绿光（λ = 515 nm）激光粉末床熔融（L-PBF）制备了Cu晶格结构。结构和显微结构分析证实，晶格结构由定义明确的晶胞组成，并显示出致密的显微结构。在~0.001 /s ~~1000 /s的应变速率范围内研究了该合金的变形行为。应力-应变曲线表现出平滑和连续的变形，没有任何屈服后软化，这可以归因于铜的内在力学性能。与死后显微镜检查相关联，纯铜晶格结构的率相关的变形行为进行了研究和合理化。目前的工作表明，复杂的铜结构可以制造L-PBF与绿色激光和韧性金属制成的晶格结构是适合于动态加载应用。
2022-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multiscale simulation of powder-bed fusion processing of metallic alloys
我们提出了一个用于模拟金属合金粉末床熔合的计算框架，该框架结合了：（1）随温度变化的合金性质和相图的CalPhaD计算，（2）材料添加和熔合的宏观有限元（FE）热模拟，以及（3）熔池中凝固的微观相场（PF）模拟。该方法适用于模拟选择性激光熔化（SLM）的Inconel 718合金使用现实的工艺参数。我们讨论了温度依赖性的影响和会计粉末床和致密材料之间的宏观热模拟的不同属性的重要性。使用通过FE模拟计算的热场的二维纵向切片，我们在整个熔池的规模上执行适当收敛的PF凝固模拟，导致计算超过10亿个网格点，但在具有8个图形处理单元（GPU）的单个集群节点上执行。这些微尺度模拟提供了新的见解，通过多晶生长竞争在现实的SLM条件下的晶粒织构选择，与细节的水平下降到个别枝晶。
2022-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Knowledge of Process-Structure-Property Relationships to Engineer Better Heat Treatments for Laser Powder Bed Fusion Additive Manufactured Inconel 718
在通过激光粉末床熔融增材制造（AM）生产并经受标准、直接时效和改进的多步热处理的Inconel 718（IN 718）的微观结构内量化位错结构、化学偏析、{γ ^{\prime}、{γ^{ \prime \prime }}、δ沉淀物和Laves相。此外，还记录了仍附着在构造板上的热处理样本与移除的样本的标准热处理。不同的微观结构对室温强度和断裂伸长率的影响。从这些工艺结构性质关系得到的知识用于设计AM-IN 718的在1020 ℃下15分钟的超固溶线固溶退火，随后在720 ℃下老化24小时热处理，其消除Laves和δ相，保留AM特定位错胞，其显示出通过MC碳化物颗粒稳定，并沉淀出致密的{γ^{ \prime }和{γ^{ \prime \prime }}纳米颗粒群。这种“针对AM-IN 718热处理进行优化”的结果是，相对于锻造/增材制造，然后是行业标准热处理IN 718，其性能更优越：无论完工表面光洁度还是机加工表面光洁度，屈服强度、极限强度和断裂伸长率分别相对增加7/10%、2/7%和23/57%。
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Demonstration of a laser powder bed fusion combinatorial sample for high-throughput microstructure and indentation characterization
使用具有快速测量的组合样品的高通量实验可以用于以减少的时间、成本和努力提供过程-结构-性质信息。开发这些工具和方法对于增材制造至关重要，因为随着原料材料、增材机器和后处理的进步，增材制造经常需要新的工艺-结构-性能信息。在这里，我们展示了商业激光粉末床熔融系统上生产的组合样品的设计和使用，以研究镍高温合金625的60种不同工艺条件：三种不同条件下的五种激光功率和四种激光扫描速度。组合样品进行了表征，使用光学和电子显微镜，X射线衍射，和压痕，以估计的孔隙率，晶粒尺寸，晶体结构，第二相沉淀，和硬度。压痕和孔隙率结果与常规样品进行了比较。组合样品中的较小尺寸区域（3 mm X 4 mm）与具有类似孔隙率（<0.03%）的较大常规样品（20 mm X 20 mm）相比具有较低的硬度。尽管存在这种差异，但组合样品的晶粒尺寸、晶体结构和孔隙率与激光功率和扫描速度的关系以及硬度与应力消除条件的关系仍存在有意义的趋势。
2021-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cyclic Re-austenitization of Copper-bearing High-Strength Low-Alloy Steels Fabricated by Laser Powder Bed Fusion
首次对增材制造的高强度低合金（HSLA）钢进行循环再结晶，以通过减小原奥氏体晶粒（PAG）尺寸来细化显微组织。在这项工作中，HSLA-100钢处理激光粉末床融合（LPBF）技术进行了几个周期的再结晶淬火法。每个循环的显微组织表征揭示了贝氏体、马氏体和马氏体/奥氏体（M/A）岛的存在。通过对复热曲线和显微组织的分析发现，复热处理后，PAG尺寸减小，马氏体开始转变温度（Ms）降低，贝氏体转变量减少，残余奥氏体含量增加。同时，最高的显微硬度以及组成相的峰值纳米硬度在第2次循环时实现。相反，从第3次循环，显微硬度，以及组成相的纳米硬度，被发现由于PAG尺寸的增加而降低。这种行为与在实现峰值细化之后达到饱和极限的一般趋势相反。研究发现，残余奥氏体可以作为钉扎颗粒，阻碍PAG边界移动，其分数被发现从第3循环减少。因此，在第三次循环之后PAG尺寸的增加可以归因于有效钉扎颗粒的不稳定，以在再结晶期间阻碍PAG边界移动。
2020-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Edge effects in radial porosity profiles from CT measurements and melt pool signal intensities for laser powder bed fusion
有限的工艺控制可能导致激光粉末床熔融制造的零件中形成冶金缺陷和不均匀的相对密度。在这项研究中，圆柱形15-5 PH不锈钢试样进行了研究，通过计算机断层扫描，它显示了边缘增强的相对密度分布。此外，轴上的监测信号，从记录的熔池的热辐射，被认为是。分析构建过程的整个持续时间的数据导致接近与密度分布相对应的边缘的统计上增加的熔池特征。通过无监督时间序列聚类发现轴上信号中的边缘特定模式。使用有限元法建模来解释观察结果：对于中心和边缘处的示例性点，其示出归因于所选择的激光扫描图案的不同的局部热历史。结果激励一条路线，对未来的设计与局部相关的材料参数的组件。
2022-01-27 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Magneto-active composites with locally tailored stiffness produced by laser powder bed fusion
本研究提出单步激光粉末床熔融工艺，通过调控局部激光参数实现磁活性复合材料刚度在2-22MPa范围内的定制，制备的梯度结构驱动器性能优于均质结构，还展示了其在个性化磁响应支架等生物医学领域的应用潜力。
2023-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Laser Powder Bed Fusion of anisotropic Nd-Fe-B bonded magnets utilizing an in situ mechanical alignment approach
本研究提出利用原位机械取向方法，通过激光粉末床熔融一步制造各向异性Nd-Fe-B粘结磁体，无需磁场源，实现了最高0.78的取向度及优异的磁性能。
2023-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
DEM simulation of the powder application in powder bed fusion
本研究采用离散元方法（DEM）模拟粉末床熔融中的粉末铺粉过程，发现粘附力和范德华力是影响粉末堆积行为的关键因素，且模拟结果与实验定量一致。
2023-10-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of powder bed fusion process parameters on microstructural and mechanical properties of FeCrNi MEA: An atomistic study
在我们的研究中，分子动力学（MD）模拟激光粉末床熔合（LPBF）等摩尔FeNiCr中熵合金（MEA）粉末进行。随着能够在微尺度上打印的较新LPBF技术的发展，需要更深入地了解工艺参数对所制造的FeNiCr MEA产品的微观结构和机械性能的潜在原子效应。根据以前的文献，LPBF工艺的参数已经系统地改变，包括层分辨率从1到6，激光功率从100 μW到220 μW，床温度从300 K到1200 K，激光扫描速度从0.5 μ s/ps到0.0625 μ s/ps。与先前的宏观实验结果一致，原子结果表明，使用较薄层的增材制造比使用较厚层的制造赋予更高的极限拉伸强度（UTS）。然而，后者需要较短的处理时间，但如果激光诱导温度不够高，则会导致小孔缺陷的形成。事实证明，提高温度有助于缓解这一问题。在制备过程中，通过将衬底温度提高到600 K或将激光功率提高到160 μW，观察到多排粉末的UTS增强。然而，超过这些临界极限，由于多个空位的出现，产品的UTS减小。我们目前的研究结果将有助于研究人员在纳米级增材制造产品的生产速度和强度之间找到良好的平衡。
2022-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Effect of homogenization on precipitation behavior and strengthening of 17-4PH stainless steel fabricated using laser powder bed fusion
有效的后热处理对于在增材制造（AM）部件中实现高性能所需的微观结构至关重要。本文研究了均匀化对17-4PH钢组织-性能关系的影响。在17-4PH钢中观察到NbC、氧化物和ε-Cu的析出。为了设计最佳的后热处理，在1050 ° C下进行不同时间的均质化，然后在482 ° C下老化1小时。结果表明，均质化1小时后再进行时效处理，由于马氏体和原奥氏体晶粒细化，导致强度和塑性的最佳组合。热处理后的合金的拉伸性能得到了改善，超过了传统制造的17-4PH钢。通过对合金微观组织的综合分析，推测合金中的非共格ε-Cu析出相在均匀化过程中溶解，随后在时效过程中以共格富Cu团簇的形式重新析出。本研究表明，使用后热处理改变沉淀行为是一个有效的途径，以显着提高AM合金的机械性能。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Solidification Characteristics of Laser-Powder Bed Fused AlSi10Mg: Role of Building Direction
研究了激光-粉末床熔合（LPBF）成形方向对AlSi 10 Mg合金显微组织演变的影响。如实验制造的零件所示，构建方向可以影响凝固行为并促进胞状枝晶微结构中的形态转变。建立了AlSi 10 Mg合金激光加工过程的热模型，系统地研究了激光加工条件对熔池热特性的影响，为激光加工AlSi 10 Mg合金提供了指导。然后，我们采用了多序参量相场模型，研究LPBF-AlSi 10 Mg在稀释极限的微观结构演变，使用水平和垂直建设方向作为输入的底层热条件。这里采用的相场模型的目的是模拟凝固，允许考虑到形态学现象，包括柱状等轴过渡（CET）从孕育剂颗粒的异相成核。相场模型首先验证对先前开发的稳态CET理论的Hunt \cite{hunt1984steady}的预测。然后，它是用于在瞬态条件下研究微观结构的演变，揭示了形核率是显着较高的水平建造的样品，由于较大的成分过冷度，这是与实验观察相一致。我们进一步量化的局部冷却条件的建设方向的影响，从而对晶粒形态。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
On the influence of powder particle size on single-track formation in laser powder bed fusion of AlSi10Mg alloy
本研究针对不同粒径的AlSi10Mg粉末开展LPBF单道实验，揭示了粒径对未熔合边界的影响规律，明确了不同佩克莱数下的边界控制参数，并通过吸收率变化解释了相关现象。
2025-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The interplay of local chemistry and plasticity in controlling microstructure formation during laser powder bed fusion of metals
金属部件的增材制造（AM）通过在多个长度尺度上的高设计灵活性和精度以及惊人的机械性能组合，有望实现比传统制造工艺更大的优势。表征微观结构和机械性能之间的关系仍然是这项新技术的主要挑战之一。一个自然的前兆是识别加工路径对发展中的微观结构的影响。我们结合AISI 316L不锈钢的单轨道激光粉末床融合（LPBF）扫描，有限元分析和大规模三维离散位错动力学模拟的实验研究，以提供对导致增材制造金属中异质缺陷结构形成的潜在机制的独特理解。我们的研究结果表明，位错滑移在凝固细胞壁的中断是负责细胞位错结构的形成，突出的增材制造组件的塑性形变的溶质偏析的意义。这项工作提供了一个机制的角度对异质微观结构的形成，并打开了一个可靠的预测增材制造零件的机械性能的潜力。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Powder-in-tube confinement as a design principle for fatigue-resistant caloric materials
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗森多夫赫尔霍兹中心）；Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ctd.qmat（维尔茨堡-德累斯顿卓越集群ctd.qmat）；Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden（德累斯顿莱布尼茨固态与材料研究所）；Technische Universität Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业技术大学）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Institut für Festkörper- und Materialphysik, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学固体与材料物理研究所）
本研究提出粉末装管约束作为抗疲劳热卡材料的设计原则，通过钢套约束脆性Heusler合金粉末，实现高耐久性并开发原位测量技术解析相变行为。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Incorporating non-linear effects in fast semi-analytical thermal modelling of powder bed fusion
针对粉末床熔融半解析热模型因线性假设而忽略材料性能温度依赖和辐射热损失的问题，提出低计算开销的非线性修正方法，显著提升了预测精度。
2024-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Micro-cracking, microstructure and mechanical properties of Hastelloy-X alloy printed by laser powder bed fusion: as-built, annealed and hot-isostatic pressed
本研究分析了文献数据，以确定优化的打印参数，并评估了激光粉末床融合打印的Hastelloy-X的固结、微观结构和机械性能。研究了后退火和热等静压工艺对合金显微组织和力学性能的影响。通过热力学相图的计算，预测了该合金的凝固裂纹敏感性和铸态组织，如析出和化学偏析。对于竣工、退火和HIP条件，量化了整个构建中的固化裂纹分布。评估揭示了裂纹密度朝向固体构建的底部、顶部和自由表面的变化。这种分布的裂纹被发现与热梯度和热导率，这是估计由分析热计算。虽然退火和HIP都可以由于恢复和再结晶而改变印刷的微观结构，但是微裂纹和孔隙仅通过HIP成功地去除。除了HIP中的去除、再结晶和沉淀（比退火中更强）之外，还导致最佳的机械性能，包括伸长率从13%大幅增加到20%，极限拉伸应力从965 MPa显著改善到1045 MPa，并且由于沉淀而具有适度高的屈服应力。
2020-11-22 cond-mat.mtrl-sci
A Data-Efficient Sequential Learning Framework for Melt Pool Defect Classification in Laser Powder Bed Fusion
West Virginia University（西弗吉尼亚大学）；University of South Carolina（南卡罗来纳大学）
提出SL-RF+框架，结合随机森林、最小置信度采样和Sobol序列合成采样，在数据稀缺环境下高效选择信息样本细化决策边界，提升激光粉末床熔融熔池缺陷分类性能。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.LG
Effect of Ag nano-additivation on microstructure formation in Nd-Fe-B magnets built by laser powder bed fusion
本研究通过在原料粉末中添加Ag纳米颗粒，利用PBF-LB/M技术制备Nd-Fe-B磁体，发现Ag纳米添加促进了非均匀形核并细化晶粒，改变了晶间相分布，从而显著增强了畴壁钉扎和矫顽力，为永磁体微结构调控提供了新途径。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Understanding Mechanical Characteristics of FeNiCrCoCu HEA in Nanoscale Laser Powder Bed Fusion via Molecular Dynamics
在高浓度下使多种主要元素合金化的概念导致了具有优异机械性能的高熵合金（HEAs）的发展，使其成为最近主要科学努力的焦点。具有定制微观结构特征的几何复杂HEA可以使用增材制造技术（例如粉末床熔合（PBF））来生产。然而，在PBF过程中的工艺热条件的影响进行了深入的研究，需要有效地制造具有理想的机械特性的HEAs。因此，在我们目前的分子动力学（MD）研究中，我们已经探索了PBF工艺热条件对FeNiCrCoCu HEA机械特性的影响，通过系统地改变激光扫描速度从0.4 μ s/ps到0.1 μ s/ps，单向和反向激光通过从1到4，激光功率从100微瓦到220微瓦。我们的研究表明，将激光扫描速度降低到0.2 μ s/ps的临界速度可以大大提高机械强度，进一步降低会产生严重的表面缺陷。降低的极限抗拉强度（UTS）与在拉伸应变期间标记早期屈服失效的大块固着位错的湮灭有关。或者，材料的强度可以通过在同一目标区域上进行多次单向激光退火来提高，从而由于更微妙的屈服点而导致增强的UTS。增加激光功率有助于改善材料密度，最终导致更高的UTS，即使在非位错的结构。这些发现将有助于研究人员了解潜在的影响，并优化工艺热参数，以利用增材制造制造卓越的HEAs。
2022-07-17 cond-mat.mtrl-sci
On the relation between microstructure and impact toughness of 17-4__PH stainless steel produced by powder bed fusion laser beam (PBF-LB)
本研究探讨了PBF-LB制备17-4 PH不锈钢的微观结构与冲击韧性关系，揭示了强度与韧性之间的权衡及微观结构对机械性能的影响。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, mechanical properties, corrosion resistance and cytocompatibility of WE43 Mg alloy scaffolds fabricated by laser powder bed fusion for biomedical applications
采用激光粉末床熔融法制备了不同支撑直径的体心立方结构的WE 43镁合金开孔支架。在增材制造过程中充分再现了晶胞的几何形状，并使支柱内的孔隙率最小化。通过热溶液和老化热处理对支架的微观结构进行了改性，并通过X射线显微断层扫描、光学、扫描和透射电子显微镜进行了详细分析。此外，腐蚀速率和支架的机械性能作为支柱直径和冶金条件的函数进行测量。打印支架的微观结构包含富Y氧化物颗粒和富稀土金属间沉淀物的混合物。后者可以通过热处理进行改性。在印刷和溶液处理的支架中发现2-3 mm/年的最低腐蚀速率，并且通过使用等离子体电解氧化的表面处理，它们可以降低到~0.1 mm/年。支架的力学性能随支架直径的增加而提高：支架直径从275 μm增加到800 μm时，支架的屈服强度从8 MPa增加到40 MPa，弹性模量从0.2 GPa增加到0.8 GPa。然而，未经等离子体电解氧化处理的支架在浸泡在模拟体液中时，强度迅速下降。体外生物相容性试验表明，等离子体电解氧化表面处理是必要的，以确保细胞增殖的支架具有高的表面积与体积比。
2020-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Element-Specific Solute Trapping and Grain Structure Evolution during Laser Powder Bed Fusion of Multicomponent Alloys
University of Michigan, Dearborn（密歇根大学迪尔伯恩分校）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；AlphaSTAR Technology Solutions（AlphaSTAR技术解决方案）；University of Michigan, Ann Arbor（密歇根大学安娜堡分校）
本研究通过CALPHAD辅助高斯过程回归相场方法，揭示了多组分合金在激光粉末床熔融快速凝固中元素特异性溶质捕获对形核和晶粒演化的调控机制，并得到EBSD验证。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Limits of dispersoid size and number density in oxide dispersion strengthened alloys fabricated with powder bed fusion-laser beam
本研究结合实验与热力学动力学建模，探究粉末床熔融-激光束制备氧化物弥散强化合金中弥散体尺寸和数密度的极限，发现碰撞粗化是限制因素，并提出优化加工策略。
2024-01-16 cond-mat.mtrl-sci
The influence of beam focus during laser powder bed fusion of a high reflectivity aluminium alloy -- AlSi$_{10}$Mg
与其他常用合金相比，铝合金的LPBF与许多挑战相关，因为它们具有更高的反射率和热导率。在这项工作中，工艺图，温度预测模型，XCT，和金相用于建立在AlSi $_{10}$ Mg响应的基础上的高反射率铝合金的工艺参数优化标准，使用57个不同的工艺参数组合- 21个使用聚焦高斯激光束和36个使用发散光束。对于聚焦光束直径<100 μm的LPBF系统，通过散焦到LPBF构建板上方的位置获得的发散光束主要导致传导模式熔池，而聚焦光束导致过渡和小孔模式熔池。传导模式熔化有助于避免小孔模式缺陷，从而产生密度> 99.98%的部件。此外，聚焦光束的激光功率和速度设置的分析模型引导选择有助于稳定过渡熔化模式中的熔池和飞溅动态，从而能够获得接近传导模式密度（~99.98%）的密度值。在这项工作中，导出了无量纲的锁眼数（Ke），以确定不同的区域的传导（Ke 0-12），过渡（Ke 12-20），和锁眼（Ke > 20）模式熔化在LPBF的AlSi $_{10}$。观察到约0.4的熔池纵横比（熔池深度与宽度的比率）是AlSi $_{10}$的传导和过渡/小孔模式熔池之间的阈值，不同于常规假设的0.5。最后，与传导模式熔池相比，观察到过渡/小孔模式熔池的推断的激光吸收率值（从实验熔池）高出>40%。这项工作展示了一个无量纲的过程图方法，以获得近全致密的部分，可以推广为LPBF的高反射率合金。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dislocation distribution, crystallographic texture evolution and plastic inhomogeneity of Inconel 718 fabricated by laser powder-bed fusion
塑性不均匀性，特别是局部应变，是导致工程合金失效的主要机制之一。研究了Inconel 718合金增材制造过程中微观组织的空间排列和分布及其对塑性不均匀性的影响。特别是，几何必要位错（GNDs）的密度和空间分布和晶体织构组件进行了检查与空间塑性形变。结合显微镜和EBSD进行原位拉伸试验，以了解建成后微观结构的演变及其对空间和时间变形行为的影响。没有层间旋转的双向扫描策略导致<001>由细立方状{100}织构晶粒分隔的粗高斯状{110}织构晶粒<001>的高度有序的交替排列。这种策略还导致具有规则图案的位错（特别是GND）的整体高密度：细晶粒包含非常高的GND密度，而粗晶粒包含较少的GND，但它们被定向为垂直于扫描方向。虽然这种策略导致了各向同性所需的占主导地位的立方体织构，但在塑性形变期间，立方体织构逐渐减弱，并且不期望的戈斯分量增加。与柱状晶粒形态和对齐的GND排列一起，这种织构演化在变形期间引起强烈的塑性不均匀性。用涉及67°层旋转的棋盘策略替换双向策略导致较低的GND密度和晶体织构和GND的更随机的分布，其中主导的立方体组分（和较低的戈斯织构）在整个塑性形变中保持稳定，从而降低塑性不均匀性。
2023-03-19 cond-mat.mtrl-sci
A holistic review on fatigue properties of additively manufactured metals
本文系统综述增材制造金属的疲劳性能，涵盖多种材料与工艺，分析影响因素，为提升其疲劳性能提供指导。
2023-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Identifying fatigue crack initiation through analytical calculation of temporal compliance calibrated with Computed Tomography
本研究提出一种基于 Computed Tomography 校准的解析方法，通过计算材料柔度演变来评估 AlSi10Mg 和 SS316L 的疲劳裂纹萌生寿命，预测结果与 CT 成像最大差异仅 4.8%。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional non-isothermal phase-field modeling of microstructure evolution during selective laser sintering
预测选择性激光烧结（SLS）过程中的微观结构具有重要意义，它可以用有效的计算设计工具补充当前时间和成本昂贵的试错原理。然而，由于SLS过程中的复杂物理现象，模拟其微观结构演变仍然是一个巨大的挑战。本文采用三维有限元相场法对SLS单次扫描过程进行了模拟，揭示了SLS过程与显微组织的关系。我们使用了一个一致的非等温相场模型，包括各种物理（即部分熔化，孔隙结构的演变，扩散，晶界迁移，耦合传热），和粉末床和激光功率吸收的相互作用。初始粉层由离散元法生成。此外，我们在手稿中提出了一种新的算法模拟最小着色问题，并设法模拟一个系统的200粒颗粒跟踪使用低至8个非保守的序参量。所开发的模型被示出捕捉有趣的现象，这是无法访问的传统的等温模型。具体而言，应用该模型的不锈钢316 L粉末的SLS，我们确定的影响，激光功率和扫描速度的微观结构指标，包括孔隙率，表面形态，温度分布，晶粒几何形状，和致密化。我们进一步验证了孔隙率演化过程中的一阶动力学，并证明了所开发的模型在预测SLS过程中致密化因子与比能量输入的联系中的适用性。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Laser-scanning of induction-melted Al alloys: are they representative of additively manufactured ones?
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本研究通过感应熔融样品的多路径激光扫描，模拟快速固结以替代定制粉末生产，分析了Al-Ni-Zr-Er合金的微观结构与机械性能，发现其微观结构相似但性能略有下降。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Designing Homogeneous Ti-Nb-Fe-Sn $β$ Titanium Alloys by PBF-LB: A Pre-Alloyed Powder Blend Strategy
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）；Charles University（查理大学）；Federal Institute of Education, Science and Technology of São Paulo (IFSP)（圣保罗联邦教育、科学和技术学院）；Institute of Thermomechanics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院热力学研究所）
本研究通过预合金粉末混合、大层厚重熔及热处理，制备出成分均匀的Ti-Nb-Fe-Sn $\beta$钛合金，并阐明成分变化对晶粒长大和力学性能的影响。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Elasto-plastic residual stress analysis of selective laser sintered porous materials based on 3D-multilayer thermo-structural phase-field simulations
该研究提出粉末分辨的多层FEM相场与热-弹塑性耦合模拟，揭示选择性激光烧结多孔材料中残余应力和塑性应变的演化机制，并建立其与光束能量输入的回归关系。
2024-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Stable Long-Horizon Spatiotemporal Prediction on Meshes Using Latent Multiscale Recurrent Graph Neural Networks
Cenaero Gosselies（塞纳罗-戈塞尔耶斯）
本文提出了一种基于潜在多尺度递归图神经网络的深度学习框架，用于在网格上实现稳定的长时域时空预测，通过紧凑的潜在表示和多尺度架构，提高了预测精度和稳定性。
2026-02-20 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
