本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。

难熔高熵合金（refractory high-entropy alloys，RHEAs）通过添加多种难熔元素形成等原子比或近等原子比的多主元合金，具有简单的相结构和优异的高温性能，在高温合金领域具有极为广阔的应用前景。本文以难熔高熵合金的性能特点与制备工艺为基础，从合金制备与成形面临的挑战出发，综述了难熔高熵合金的性能调控方法与研究进展，介绍了增材制造难熔高熵合金实现的突破与面临的困境，对难熔高熵合金的成分设计及优化、材料制备与加工、增材制造成形进行了展望，并对其未来重点研究方向提出了如下建议：通过调控相结构和相界面克服难熔高熵合金的强韧制约；结合传统强韧化理论与难熔高熵合金自身性能特点进行材料设计；借助增材制造技术的工艺特征促进难熔高熵合金的形性调控；探究难熔高熵合金在高温及多场耦合环境下的使役性能与失效机制。

综述三类主要的陶瓷光固化3D打印技术，即立体光固化（SL）、数字光处理（DLP）和双光子聚合（TPP）的工艺历史起源与演变及其在各类陶瓷材料零部件制造的最新应用研究进展以及部分设备相关产业现状。从原料特性、打印工艺、后处理和陶瓷件性能等方面进行重点总结与讨论。同时，探讨面临的部分问题和挑战，如目前仍然无法规模化生产且生产效率较低，打印件高端工业应用场景还有待挖掘，需要有针对性地进一步发展陶瓷光固化3D打印新材料、新理论和新技术，以寻求效率与应用突破。最后指出结构功能一体化/梯度化制造以及多材料/多工艺复合高效制造是未来陶瓷3D打印技术的重要发展方向。

选用φ1.2mm的5A06铝焊丝为成形材料，研究TIG丝材-电弧增材制造工艺。以TIG焊机为电源（交流模式），以四轴联动数控机床为运动机构，研究单层和多层成形时预热温度和电流对成形形貌的影响，观察成形件微观组织，并测试其力学性能。建立了单层单道基板预热温度和电弧峰值电流工艺规范带判据，以保证良好成形。结果表明：成形件的高度从第一层的3.4mm急剧下降，直到第8层后高度稳定在1.7mm。层间组织为细小的树枝晶和等轴晶；层间结合处组织最粗大，为柱状树枝晶；顶部组织最细小，由细小的树枝晶转变为等轴晶。成形件的力学性能各向同性，抗拉强度为295MPa，伸长率为36%。

基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术, 已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类: 基于搅拌摩擦搭接焊原理, 使板材逐层堆积, 从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing, FSAM)技术; 采用中空搅拌头, 通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition, AFSD)技术; 采用消耗型棒材, 通过棒材的摩擦表面处理, 形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing, FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状, 对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。

3D打印技术是一项根据计算机模型设计快速加工和制造复杂几何形状组件的增材制造技术之一。其基于三维数据模型，通过电脑控制将材料进行逐层累积，最终将三维模型变成立体实物。相比于传统制造方法，3D打印技术具有节约工时、易操作、不需要模具、组件几何形状可控性强等优势。随着该技术的发展，依据打印技术成型的核心、材料以及设备等产生了熔融沉积塑型、选择性激光烧结成型、光固化立体成型/数字光处理成型、溶剂浇铸成型等若干类型的3D打印技术。本文重点介绍其中最具代表性的4种3D打印成型工艺的原理和特点，基于碳纳米管增强聚合物复合材料，综述近年来不同3D打印成型工艺的研究进展，同时预测3D打印成型工艺在该领域会向着高精度、产业化、大众化和高集成度的方向发展，3D打印材料的研发也会更具前景。

铝合金是实现结构轻量化的首选材料，在航空航天、交通运输、船舶舰艇等领域具有广阔的应用前景。铝合金增材制造技术在复杂三维精密结构件的制造方面具有突出的优势和潜力，而且具有高效快速、成形结构可控性高等优点。关于铝合金增材制造技术的迅速发展，本工作从组织与性能、成形精度和质量、成形缺陷控制和数值模拟4个方面，着重介绍了铝合金增材制造的研究现状和最新成果，总结了当前研究存在的不足。在此基础上，对铝合金增材制造技术未来应关注的研究方向给出建议，即实现增材件微观组织控制、阐明增材件应力形成机理、提高增材件的成形精度、研究成形过程中的温度场分布规律等。

4D打印是3D打印结构在形状、性能和功能方面有目的性的演变，具有时间相关性、打印机无关性和可预测性，其智能动态特性使其具有良好的性能和广阔的应用前景。本文在简要回顾4D打印国内外现状的基础上，给出了4D打印的概念和组成要素，进而从打印结构形状变化的维度对4D打印进行了分类，同时对4D打印组成要素中的打印材料、激励机制和数学建模方法等关键技术进行了分析，最后指出4D打印技术的发展方向是将智能材料与3D打印相结合，将复杂结构简单化制造，利用其独特的自组装、自适应和自修复特性，实现在航天、深海、精确医疗等特殊服役环境和领域的自动化、智能化、个性化应用。

激励响应复合材料是一种智能材料，通常具有自感知、自主响应、形状记忆、自适应和自修复等特征。本文对4D打印中使用的激励响应材料进行了综述，重点介绍4D打印形状记忆复合水凝胶和形状记忆聚合物（SMP）及其复合材料的应用研究进展。最后，总结了4D打印在生物医疗和航空航天领域的应用现状，并对4D打印的未来发展趋势以及应用前景进行展望。4D打印是一项新兴制造技术，尽管目前已经出现了许多不同的打印方法、可打印智能材料和驱动方式，但是4D打印在实际工程应用中仍然面临许多挑战。新打印技术、新智能材料、新结构设计和建模软件需要发展以促进4D打印在软机器人、生物医学、航空航天和智能电子设备等领域的实际应用。

随着激光增材制造基础理论研究和设备水平的提升，激光增材制造技术越来越多地应用于大型复杂结构的生产制造。激光增材成形过程中形成的应力会导致成形件变形、开裂，因此应力变形的控制是激光增材制造过程亟待解决的关键问题。本文总结了激光增材制造残余应力形成机制、应力变形测试技术和应力变形调控措施等方面的研究现状，提出了激光增材制造应力变形调控存在的主要问题及以后的研究方向，为高性能金属构件激光增材制造"控形"研究提供指导。

在高性能梯度功能材料的制造方法中，激光增材制造技术可通过精确控制两种或多种材料粉末的输送和相应的工艺来实现材料组织和性能的梯度分布，为高性能梯度功能材料的制备提供一种更为便捷高效的新途径。本文介绍了高性能梯度功能材料激光增材制造的基本原理及分类，总结了国内外采用激光增材制造技术制备高性能梯度功能材料方面的研究进展，提出了该研究领域在材料选择、工艺优化、过程监控等方面的不足，并对其以后的研究方向，如建立标准体系、深入理论研究及研制新型制造系统等进行展望，为高性能梯度功能材料激光增材制造提供指导。

电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注，有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来，二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点，论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题，提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向，为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。

基于不同的高熵合金（high-entropy alloys，HEAs）体系，综述了增材制造高熵合金的最新研究进展，阐述了不同成分高熵合金增材制造的快速凝固微观组织、偏析和析出行为，着重分析了增材制造高熵合金的力学性能、变形及强化机理。指出不同的高熵合金体系应选择适合的增材制造工艺，并且成型质量的影响因素还有待进一步研究，最后提出利用增材制造技术可以研发和制备出具有优异强度-塑性组合的高熵合金。

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注, 被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述, 总结了当前存在的问题, 提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能, 能实现复杂构件精密成形, 且制备过程中材料浪费少, 有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等, 粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件, 但制造速度相对较慢, 且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高, 可用于制备功能性梯度材料, 但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本, 适用于大型零件的快速制造, 但其制备的合金表面粗糙度较差, 需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625, Hastelloy X等固溶强化型和IN718, CM247LC, IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比, 增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特微观组织, 还形成了独特的熔池组织及位错胞结构。但是, 通过增材制造得到的合金一般还需要进行热处理, 对晶粒组织、析出相等进行调控, 从而影响合金的力学性能。此外, 增材制造镍基高温合金的力学性能还与具体制备方法和合金种类有关。尽管目前增材制造已被广泛用于镍基高温合金的制备, 但仍面临组织与性能存在各向异性、高性能合金开裂敏感性高以及缺乏相应的规范和标准等问题, 将来需要在热处理、专用合金的定制与开发、探索工艺-结构-功能关系以及计算建模等方面深入探索。

采用激光选区熔化技术和激光熔化沉积技术制备24CrNiMo合金钢单道和块体样品，研究两种激光辐照条件下24CrNiMo低合金钢的相组成、微观组织、织构特征和显微硬度。结果表明：两种方法制备的24CrNiMo合金试样的相组成均为α-Fe相以及少量的Fe₃C；SLM成形单道沉积样品的晶粒取向随机、无序，无明显的择优取向，而LMD成形单道沉积样品的择优取向为（110）〈101〉面织构；SLM成形块体样品的晶粒在平行于沉积方向上存在较弱的〈111〉织构，LMD成形块体样品的晶粒存在外延生长取向为〈111〉的强织构；SLM成形试样的显微组织主要为下贝氏体，而LMD成形试样的显微组织以板条贝氏体为主；具有细小晶粒和下贝氏体组织的SLM成形试样的平均显微硬度高于LMD试样。

3D打印技术是一种快速兴起的新型数字化制造技术，因具有设计自由、大规模定制以及快速原型制造等优点，在医学、航天、汽车、食品等领域应用前景广阔。随着精准化、个性化医疗需求的增长，3D打印技术逐渐被应用到医疗领域，如植入物制造、诊断平台和药物输送系统等，并成为目前较为前沿的研究领域之一，其个性化定制的特点使得3D打印技术能够根据患者的病情制备相应的医疗产品以帮助患者康复。因此，本文概述了3D打印技术的发展，分类介绍了可用于3D打印的医用材料，以及3D打印技术在医疗领域的应用。但是3D打印的植入物是静态的，无生命的，不能随着内环境的变化进行适应性调整，4D打印可以制造出具有"活性"且结构更为复杂的、与天然组织结构非常相似的工程化组织结构，其继承了3D打印技术优点的同时，弥补了现有3D打印的一些缺陷，未来在医学领域会有更广阔的应用前景。

增材制造技术自问世以来成为拓展多学科发展、实现多学科研究融合以及联结材料与产品的关键性技术, 该技术颠覆了传统加工设计和制造理念, 同时也是实现智能制造的重要方法。智能材料是对环境具有感知、可响应、自修复和自适应的一类材料。将智能材料与增材制造技术有机结合, 可实现具有感受外部刺激或环境激活的三维智能器件的一体化制造。智能材料增材制造技术被广泛应用于个性化医疗、柔性电子和软体机器人等领域。本文对增材制造中所涉及的智能材料进行综述, 介绍通过增材制造方法对金属类、高分子类和陶瓷类智能材料所带来的优势及面临的问题。增材制造技术作为实现设计、材料和结构有机融合的有效手段, 将成为推动智能材料发展的关键。

搅拌摩擦沉积增材（additive friction stir deposition，AFSD）技术是一种新兴固相增材制造技术，采用金属棒材、粉材、丝材为增材材料，增材过程中依靠增材材料与板材摩擦产生摩擦热以及材料剧烈变形产生的塑性变形热形成黏塑性沉积层，沉积层逐层堆积形成三维实体结构件；基于其固相特征，具有熔覆增材技术不可比拟的优势，目前已成为增材制造领域的研究热点。本文从设备研制、微观组织演变、材料流动特性、力学性能变化四个方面综述了AFSD技术最新国内外研究进展；分析了该技术应用于工程实际的可行性，展望了在增材制造、材料修复、零件加固、制造金属涂层领域的应用前景；最后指出了产热机制、材料流动特性、辅助优化工艺、智能化设备研制等为未来的研究方向。

数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测，为工艺优化提供科学的依据，显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期，有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。本文综述了金属激光增材制造过程中温度场、熔池动力学、成形件内部残余应力和变形、显微组织变化4个方面数值模拟的最新研究进展，概述了金属SLM过程数值模拟所取得的最新进展，分析了金属SLM数值模拟领域的研究热点和所存在的计算时间长、成本高等问题，最后提出金属SLM过程数值模拟应将3D打印过程中快速凝固、微熔池等特征与大数据、人工智能、深度学习等技术相结合，进一步提高数值模拟精度，拓宽金属激光增材制造加工窗口，为个性化产品开发提供指导。

短应力线轧机是钢铁制造行业大规模使用的机电一体化设备。我国是世界上废旧轧机保有量最大的国家，大部分轧机都因在高温、高湿、微动磨损恶劣环境下服役而导致轧机系统精度下降，失效报废。同时，废旧报废状态的轧机占用企业大量的存储和场地资源，闲置轧机的自然腐蚀将会造成严重的环境污染。激光再制造技术是一种新型高效绿色的轧机修复再制造技术，本文总结了短应力线轧机主要失效方式和激光再制造技术的应用概况。从轧机工况分析、失效机理、材料设计等方面详细评述了短应力线轧机激光再制造存在的主要问题，以及针对这些问题开展的国内外相关研究工作和最新发展动态。在此基础上，指出设计轧机激光再制造专用材料、研发激光再制造过程的实时监测和反馈系统、建立激光再制造后轧机服役性能评价标准、拓展轧机整机激光再制造领域将是未来的主要发展方向。

通过综合分析硬度、电导率与拉伸性能等宏观特性及微观形貌特征，探讨激光选区熔化成形（selective laser melting，SLM）工艺参数与后期时效处理对SLM制备Al-3.4Mg-1.08Sc合金的微观组织、过饱和度及第二相析出行为的影响机理。利用致密度与硬度的变化规律，最终优化得到最佳的SLM工艺参数与时效制度。结果表明：实验制备的Al-Mg-Sc合金的微观组织由超细等轴晶及其周围相对较粗的柱状晶组成，合金在金相显微镜下可观察到熔池堆叠的形貌特征；Al-Mg-Sc合金在基板温度35℃下最佳的SLM制备工艺为扫描速率1600 mm/s、激光功率370 W。300℃下最佳时效时长为12 h，经过峰时效处理后实验合金的屈服强度可达479.0 MPa。在SLM快速冷却条件下，Al-Mg-Sc合金内部形成过饱和固溶体，在制备与热处理过程中析出大量的纳米级Al₃（Sc，Zr）粒子，使得Al-Mg-Sc合金具备优异的力学性能；细晶强化与第二相强化是SLM制备Al-Mg-Sc合金展现出优异性能的主要原因。

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面, 约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗, 降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法, 能够使涂层与基体实现良好的冶金结合, 以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能, 如硬度、塑性和韧性; 熔覆过程中产生的缺陷, 如表面粗糙不平、气孔和裂纹; 摩擦工况, 如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先, 阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响; 其次, 概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响; 最后, 对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析, 并对未来的发展趋势进行了展望, 如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。

单晶高温合金涡轮转子叶片是航空发动机的核心热端部件之一，对航空发动机的推力和性能具有决定作用，其服役损伤增材修复技术是航空装备特种加工领域最具挑战的工作之一。本文系统梳理了航空发动机单晶高温合金涡轮转子叶片的增材修复工艺方法及其应用进展；针对单晶合金增材修复中易产生的热裂纹缺陷问题，从热裂纹形成机理、关键影响因素和控制措施等角度进行了归纳；总结了单晶合金增材修复组织及性能的研究进展。在此基础上，展望了单晶高温合金涡轮转子叶片增材修复的未来发展方向，指出单晶合金修复专用合金材料成分设计、新工艺开发和基于深度学习的多目标协同优化是此领域未来的重要研究方向。

运载工具的轻量化是解决当前能源危机和环境问题的重要手段之一, 得到国内外学者的高度重视。碳纤维增强树脂基(carbon fiber-reinforced polymer, CFRP)复合材料和以铝镁为代表的轻合金具有一系列优异的力学性能与加工特性, 是极具应用前景的轻量化材料, 实现这两种材料之间的有效连接, 成为当下研究的热点。然而由于异种材料之间理化性能差异较大, 在生产过程中混合应用多种轻量化材料仍面临巨大挑战。本文通过对胶接、机械紧固、搅拌摩擦及其变种工艺连接技术的研究进展、优缺点、发展趋势进行汇总分析, 考察不同连接方式下获得接头的微观形貌, 总结了CFRP与铝镁轻合金搅拌摩擦连接的三种机理包括宏观锚定、微观机械嵌合与化学键连接。最后, 基于以上三种连接机理, 指出进一步提升混合接头性能的关键在于增大金属母材表面粗糙度, 增加熔融高分子面积和采用混合连接工艺。

铝合金是一种重要的轻质金属结构材料，广泛应用于航空航天和交通运输等领域。行业的快速发展对铝合金零件的服役性能和制备过程都提出了更高的要求，传统减材制造已难以满足对铝合金零件高效敏捷、绿色环保的制备要求。增材制造作为一种新兴的快速成形技术，为铝合金零件的制备提供了一个崭新的思路。然而，由于增材制造的工艺特点和铝合金的本征性质，通过增材制造技术制备的中高强铝合金零件中易形成诸多缺陷，严重损害其力学性能，限制其实际生产应用。本文综述了增材制造中高强铝合金零件中的缺陷类型及其成因，并从优化工艺参数、合金成分和添加形核剂三个方面，重点讨论了目前消除增材制造中高强铝合金零件中缺陷，改善其力学性能的进展及发展趋势，并指出未来改善增材制造中高强铝合金微观组织和力学性能的努力方向应为综合调控工艺参数和合金成分，进一步探索增材制造铝合金的最佳热处理工艺，从而获得高强塑性增材制造铝合金。

AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金具备细小、均匀、规则的片层结构, 在较宽的温度（70~1000 K）和成分偏差范围内均具备良好的组织结构和强塑性兼备的力学性能, 因而成为目前研究最为广泛的共晶高熵合金。本文针对增材制造AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金, 综述了不同工艺和工艺参数对该合金的微观组织和力学性能的影响, 重点阐述了选区激光熔化技术制备AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金的相分布、微观组织和强化机制。最后, 指出当前增材制造AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金相形成机理及组织演化过程中存在的分歧和不足, 并提出以AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金为基体的材料改性、增材制造高熵合金新工艺研究开发等发展方向, 为推动该合金的工业化应用提供思路。

高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗腐蚀性，成为了航空航天和汽车应用零件最常用的金属材料之一。电弧增材制造技术具有快速原位成形制造复杂结构零部件的能力，非常适用于中型或大型高强铝合金铝部件的制造。本文综合分析了高强铝合金电弧增材制造工艺和设备研发现状、高强铝合金电弧增材的固有属性和缺陷以及主要的性能优化手段，讨论了组织和性能的固有特征和复合增材制造技术对组织和性能的影响。针对电弧增材制造高强铝合金不可忽略的本质冶金缺陷、特征性能需求和多种优化工艺的优劣等问题，提出了电弧增材制造高强铝合金综合评价体系、成分设计和丝材开发、专用热处理制度和复合增材制造技术的协同性等发展方向，以期为电弧增材制造高强铝合金的性能提升和应用推广提供重要参考。

高强铝合金(2×××, 7×××等)因具有比强度高、加工性好等优点而被航空航天、汽车等领域广泛应用。随着大推重比飞行器设计及汽车轻量化技术的发展, 轻质结构材料的需求日益增加, 同时零部件也面临着"薄壁化、中空化、复合化"的发展趋势, 高强铝合金的传统加工方法越来越难以满足要求。近年来, 激光选区熔化成形(selective laser melting, SLM)作为一种常见的金属增材制造技术(additive manufacturing, AM)在复杂零部件成形领域受到关注, 有望成为进一步拓宽高强铝合金应用领域的新兴技术。然而, SLM成形高强铝合金因易产生周期性热裂纹和粗大柱状晶不良组织等问题而发展缓慢, 晶粒细化是克服增材制造高强铝合金这一固有热裂问题的关键所在。本文综述了近年来SLM成形高强铝合金显微组织和力学性能调控等方面的研究进展, 归纳了不同体系合金的力学性能, 重点阐述了抑制SLM成形高强铝合金中热裂纹形成的主要策略, 包括SLM工艺参数优化以及通过微合金化或添加纳米颗粒细化晶粒等方法。指出当前研究存在的主要问题是合金成分的改变对材料综合性能以及热处理制度的影响规律尚不清晰等, 并展望了未来的发展趋势, 如SLM成形新型高强铝合金成分设计与综合性能评价、利用后处理工艺等手段进一步提升合金综合性能以及专用晶粒细化剂的设计与细化机制探究等。

基于光固化技术原理的陶瓷3D打印因可制备尺寸精度高、表面光洁度好、显微结构均匀和力学性能优异的复杂结构陶瓷零件而备受关注，是实现高性能陶瓷零件增材制造的重要技术手段之一。该技术的核心是制备同时具有高固含量和良好打印适性要求的陶瓷浆料，其组成对固化效果和打印进程有着至关重要的影响。本文综述了立体光固化(stereolithography，SL)和数字光处理(digital light processing，DLP)两种主流光固化3D打印方法用于光固化陶瓷打印的技术方案和工作原理，比较了两者的优缺点。围绕近年来在陶瓷浆料领域的研究工作，讨论了单体/低聚物和稀释剂、分散剂、陶瓷颗粒物理性质以及固含量等对黏度、剪切稀化/增稠行为、黏弹性、屈服应力等流变行为的影响，并提出了光固化3D打印陶瓷浆料的主要发展趋势和面临的挑战，为构建高固含量光固化3D打印陶瓷浆料提供了一般性指导原则。

纯铜/铜合金具有优异的导热、导电性能, 是重要的工业材料。以粉末床激光熔融为代表的激光增材制造技术具有优良的设计自由度及成形精度, 是增材制造的主流发展方向。纯铜/铜合金的粉末床激光熔融与传统加工制造技术相比, 前者能够更好地发挥铜优异的性能, 在电子电气、汽车、航空航天等导热/导电高需求领域具有广阔的应用前景。本文综述了以纯铜/铜合金为代表的激光高反射材料的粉末床激光熔融的研究现状、面临的重要问题以及相应的解决对策分析。在此基础上, 结合本课题组在纯铜/铜合金粉末床激光熔融过程的经验, 指出运用蓝光、绿光等短波长激光器进行纯铜/铜合金等高反射材料的粉末床激光熔融是未来的研究热点与发展方向。

热裂问题是激光选区熔化成形（SLM）7××× 系铝合金面临的主要障碍之一。通过低能球磨工艺制备ZrH₂/7075复合粉末，采用激光选区熔化技术制备含锆7××× 系铝合金材料，分析了不同ZrH₂添加量（0.5%，1.0%，1.5%，质量分数，下同）对试样显微组织和力学性能的影响规律。结果表明：随着ZrH₂含量的增加，SLM试样的柱状晶组织逐渐消失，热裂纹逐渐减少，当ZrH₂含量为1.5%时，试样显微组织完全转变为细小等轴晶（平均晶粒尺寸为1.6 μm），热裂纹完全消除。ZrH₂在SLM成形过程中与铝熔体原位反应形成L1₂型Al₃Zr相，L1₂型Al₃Zr相的异质形核作用促进了柱状晶到等轴晶的转变，抑制了热裂纹的产生。经T6热处理后，试样抗拉强度为（550±10）MPa，屈服强度为（490±5）MPa，伸长率为（12±1）%，断口处存在大量韧窝，表现为韧性断裂。

粉末挤出打印(PEP)是基于传统金属注塑成型和3D打印相结合的新型增材制造技术，具有打印材料范围广、打印成本低等巨大优势。以WC-13Co硬质合金的PEP增材制造为核心，以热塑性打印材料为重点研究对象，开发打印原料的材料体系，研究打印原料的均匀性、流变性能、成形性能、黏结剂的脱除工艺以及烧结工艺对打印件显微结构及力学性能的影响机制。独立开发了硬质合金PEP打印专用的有机黏结剂材料体系，通过EDS分析黏结剂在打印坯体中分散均匀性。采用两步法脱脂工艺可以完全脱除打印坯体中的黏结剂，并结合真空烧结，在1450 ℃下保温60 min，成功制备高性能硬质合金打印件。研究结果发现打印件线收缩率为17.8%，WC晶粒尺寸分布均匀，维氏硬度1410HV₃₀。本研究采用PEP增材制造技术制备了高性能、打印件尺寸可控的硬质合金材料，为硬质合金的增材制造探索出一条有效的技术路线。

采用机械混合法制备纳米SiC/AlSi7Mg混合粉末，利用激光选区熔化技术(selective laser melting, SLM)成形纳米SiC颗粒增强AlSi7Mg复合材料，观察和分析试样的相对密度、物相和微观组织，并测试材料的硬度和拉伸性能。结果表明：SLM成形纳米SiC/AlSi7Mg复合材料试样的相对密度随着扫描速度和扫描间距的增大均呈现先增加后减少的趋势，相对密度最高可达99.75%；试样微观组织与SLM成形铝合金相似，Si相呈网状结构均匀嵌入α-Al基体中，且在Al基体中存在与Si分布相似的纳米SiC团聚物及Mg₂Si相; 与AlSi7Mg相比，复合材料微观组织由柱状晶转化为等轴晶，且晶粒明显细化(平均晶粒尺寸为1.36 μm)；由于SiC的加入，产生细晶强化和固溶强化，试样的硬度和强度均明显提高，硬度最高达到137.3HV，抗拉强度达到448.3 MPa，屈服强度达到334.7 MPa，但伸长率下降至3.9%，断裂模式主要为脆性断裂。

聚乳酸（PLA）是一种应用广泛的生物高分子材料，但在应用过程中存在韧性、亲水性、生物活性差等缺点。用聚乙二醇（PEG）和羟基磷灰石（HA）对PLA进行改性。通过熔融共混制备不同质量比的PLA/PEG/HA复合3D打印线材，并通过分析PLA/PEG/HA线材的力学性能、结晶性能、热性能、流变性能等，筛选更适合熔融沉积成型（FDM）的3D打印成型线材，进而利用3D打印制备精度高的力学性能试样及生物相容性好、细胞可增殖和分化的生物多孔支架。结果表明：PEG的添加提高了PLA的韧性，降低了PLA的熔点。HA的添加则提高PLA/PEG/HA复合材料的弹性模量和冷结晶温度，同时HA也可以改善复合材料的加工性能。SEM与荧光标记结果表明多孔支架与细胞具有良好的生物相容性。生物支架对体外细胞的成功培养，为进一步发掘生物多孔支架在动物体内、生物医学及定制化应用方面提供了潜在可能。

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺实现了6061-T6铝合金以及QP980高强钢的搭接焊, 对比分析了有无超声作用下, 接头的宏观形貌、微观组织和拉伸剪切性能, 同时研究了超声振动对焊接载荷的影响。结果表明: 焊接前对母材施加超声振动, 可以起到软化母材的作用, 促进了材料的塑性流动, 扩大了铝/钢界面区和焊核区, 使更多的钢颗粒随搅拌针旋转进入铝合金侧, 在界面区边缘形成钩状结构, 进而提高了接头的失效载荷; 超声改变了FSW接头断裂位置和断口形貌, 提高了接头力学性能, 在本实验工艺参数范围内, 接头最大的平均失效载荷为4.99 kN; 当焊接速度为90 mm/min, 下压量为0.1 mm时, 施加超声振动使接头的平均失效载荷提高了0.98 kN, 拉剪性能提升28.24%;施加超声振动后轴向力F_z、搅拌头扭矩M_t和主轴输出功率分别下降2.46%, 6.44%和4.59%。

Ti₂AlNb基合金由于具有优异的高温比强度、高温抗蠕变性能和较高的断裂韧度，因而被认为是替代传统镍基高温合金最具潜力的材料。采用电子束选区熔化（selective electron beam melting，SEBM）技术成形Ti-22Al-25Nb合金，通过工艺优化获得高致密度（5.42~5.43 g/cm³）的成形试样。研究了沉积态和热等静压（hot isostatic pressing，HIP）态试样的显微组织演变、物相演变及其对力学性能的影响。结果表明：沉积态和HIP态组织呈现出沿成形方向的柱状晶结构，且均由B2，O和α₂相组成，沉积态试样中的O/α₂相自上而下逐渐增加，HIP后组织趋于均匀化，且相对沉积态，析出相的宽度缩小、数量减少。沉积态试样中析出相较多的下部区域具有更高的显微硬度（（345.87±5.09）HV），HIP后试样硬度值增加至388.91~390.48HV。沉积态试样室温抗拉强度和伸长率分别为（1061±23.71）MPa和（3.67±1.15）%，HIP后抗拉强度增加至（1101±23.07）MPa，伸长率降低至3.5%。

为了提高TC4钛合金表面摩擦磨损和高温抗氧化性能，以NiCrCoAlY+20%（质量分数）Cr₃C₂混合粉末作为熔覆粉末，采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备NiCrCoAlY-Cr₃C₂复合涂层，利用OM，SEM，XRD，EDS等分析涂层的显微组织和物相组成；采用HXD-1000TB显微硬度计测量涂层显微硬度；采用MMG-500三体磨损试验机与WS-G150智能马弗炉对涂层和基体进行摩擦磨损及高温抗氧化实验。结果表明：利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面可以制备形貌良好、无裂纹和气孔等缺陷的复合涂层。熔覆区显微组织结构致密，多为针状晶和树枝晶；结合区的显微组织主要由平面晶、胞状晶和树枝晶组成，生成了多种可提高耐磨性和高温抗氧化性的碳化物、氧化物和金属间化合物。复合涂层的最高显微硬度为1344HV，约为钛合金基体350HV的3.8倍；复合涂层的摩擦因数为0.2~0.3，较钛合金基体的摩擦因数0.6~0.7明显下降；相同条件下复合涂层的磨损失重为0.00060 g，是钛合金基体磨损失重0.06508 g的0.9%；恒温850℃氧化100 h后复合涂层氧化增重为6.01 mg·cm^-2，约为钛合金基体氧化增重25.10 mg·cm^-2的24%。激光熔覆技术有效改善了TC4钛合金表面的摩擦磨损和高温抗氧化性能。

采用快速凝固技术将TiB直接植入基体钛合金, 形成一种新型超细网状结构钛基复合材料（titanium matrix composites, TMCs）粉体, 并采用激光增材制造技术, 制备出一种等轴网状和柱状网状组织交替分布的新型钛基复合材料, 系统分析和讨论增材制造TMCs超常凝固网状组织形成机制与力学特性。研究发现：增材制造TiB/Ti复合材料网状组织（约9 μm）主要由原位自生纳米TiB晶须组成, 呈现B₂₇和B_f两种晶体结构；B元素的直接引入, 易于在凝固界面形成成分过冷, 不仅促使交替形成等轴网状组织和柱状网状结构, 也同步细化基体晶粒尺寸, 实现基体合金片层α相的等轴化。经原位力学观察分析发现, 增材制造形成的原位自生纳米TiB网状组织结构, 不仅能够抑制裂纹偏转并钝化裂纹, 还将大量滑移迹线聚集于网络结构内部, 并在晶界诱发高密度位错, 限制材料的塑性变形, 大幅度提高了复合材料的强度, 增材制造TiB/Ti复合材料抗拉强度提高42%, 伸长率保持在约10%。

激光增材制造可以实现高性能复杂金属构件的一体化直接成形，但该过程中存在的非均匀温度梯度分布、微熔池的近快速凝固、原位热处理效应以及非平衡固态相变、微观结构的不均匀性等会产生复杂的残余应力，严重影响成形构件质量和综合性能。因此，本文围绕激光增材制造残余应力，首先介绍了残余应力的基本定义、分类及产生原因；然后针对激光增材制造过程中残余应力的特殊性、形成机理、表征方法及调控方法的研究现状进行了系统的综述，介绍了残余应力的表征方法及其特点，并说明了各方法的适用性及优缺点，总结了调控残余应力的方法可分为后处理调控和原位处理调控；最后，展望了研究激光增材制造残余应力的产生原因和演化机制应考虑几类应力的叠加效应。残余应力的表征应采用多种方法结合，相互辅助验证。为避免成形过程中应力集中影响成形质量以及避免后处理对构件精度产生影响，应重点研究原位调控残余应力的方法。

金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势, 广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金（medium entropy alloy, MEA）为研究对象, 采用选区激光熔化（selective laser melting, SLM）技术制备了具有BCC, BCCZ, FCC, FCCZ四种仿晶格结构的FeCrNi中熵合金点阵结构材料, 对其显微组织、力学性能及变形行为进行了系统研究。结果表明, 采用SLM技术制备的FeCrNi中熵合金点阵结构节点搭接质量高, 熔池交错堆叠致密, 晶粒均匀细小。在相对密度相近时, BCC, FCC, BCCZ, FCCZ点阵结构的比强度和比能量吸收值依次升高。具有FCCZ点阵结构的FeCrNi中熵合金材料的比能量吸收值达到49.8 J·g^-1, 显著高于Ti6Al4V及316L不锈钢点阵材料。有限元模拟分析表明, Z型支柱的存在增加了点阵材料的表观强度和刚度, 并导致变形行为由结点弯曲主导向拉轴向压缩主导转变, 是FCCZ点阵结构强度提升的主要原因。