激光粉末床熔接多材料结构增材制造的最新进展（1）( 四 )

图6 沿构建方向的多材料结构的独特微观结构特征：（a-d）300级马氏体时效钢/T2铜和（e）316L/C52400铜。
2.3.界面缺陷
在使用异种材料通过LPBF制造多材料结构时，实现无气孔和无裂纹的界面以及强结合是最关键的。界面缺陷是多材料LPBF的关键挑战。这些缺陷包括裂纹、气孔、分层和未熔化的粉末颗粒。由于不同材料之间的热性能（热膨胀系数、热导率等）不匹配，熔合区可能出现裂纹。 Liu等人（2014年）用LPBF制备了316L/C18400多材料结构，发现尽管钢和铜之间形成了良好的冶金结合，但在界面处产生了裂纹和孔隙（图7（a））。 Chen、Yang等人（2019年）在316L/CuSn10界面发现了大量树枝状裂纹（图7（b））。由于316L的热膨胀系数低于CuSn10 ， LPBF中高温梯度引起的残余应力可能集中在316L侧。图7（c）和（d）显示了316L/钠钙玻璃多材料结构的热影响区（HAZ）中存在裂纹，这是由于热膨胀系数的差异造成的。

图7 各种多材料结构中的界面缺陷：（a）316L/C18400 ，（b）316L/CuSn10 ，（c ， d）316L/钠钙玻璃，（e）AlSi10Mg/C1840 ，（f）1.2367工具钢/ZrO2+Al2O3 。
由于激光能量密度不足，可能在界面处形成孔隙。由于铜的高反射率和热导率，熔合区的铜粉无法完全熔化，从而形成孔隙。 Sing等人（2015年）观察到AlSi10Mg/C18400多材料结构界面处的裂纹和孔隙，其中在铜侧产生宏观孔隙（图7（e））。更高的激光能量密度可能是消除因熔融不足而导致的孔隙的有效方法。然而，过度的激光能量密度可能导致界面上出现小孔。
由于缺乏熔合，未熔融粉末颗粒通常存在于金属/类金属多材料结构的界面处，这不利于界面结合。在金属/陶瓷、金属/玻璃和金属/聚合物多材料结构中，由于材料熔化温度和激光吸收率的巨大差异，不同材料在相同激光能量输入下具有不同的熔化行为。 Chueh、Zhang等人（2020年）还观察到CuSn10/PA11多材料样品中未熔融的CuSn10粉末颗粒（图8（a）和（b）），并说明CuSn10和PA11之间不同的熔融温度给激光能量输入的优化带来了困难。此外，当打印Cu10Sn/PA11混合粉末时，激光扫描期间熔融CuSn10表面上残留聚合物颗粒的热裂解导致纳米级气孔（图8（c-e））。因此，过度和不足的激光能量输入可能分别导致聚合物基板的蒸发和金属不完全熔化导致的粘合强度差。

图8 LPBF打印的CuSn10/PA11多材料零件中的界面缺陷：（a ， b）未熔化的CuSn110粉末，（c）激光熔化和再熔化CuSn10/PA11粉末混合物的图示，（d）熔化的CuSn10表面上的残余聚合物颗粒，以及（e）经激光再熔化处理的CuSn100样品表面的SEM图像。
来源：Recent progress on additive manufacturing of multi-material structures with laser powder bed fusion Virtual and Physical Prototyping doi.org/10.1080/17452759.2022.2028343
【激光粉末床熔接多材料结构增材制造的最新进展（1）】参考文献：Al-Jamal O. M. S. Hinduja and L. Li. 2008. “Characteristics of the Bond in Cu-H13 Tool Steel Parts Fabricated Using SLM.” CIRP Annals – Manufacturing Technology 57 (1): 239–242. doi:https://doi.org/10.1016/j.cirp.2008.03.010.

激光粉末床熔接多材料结构增材制造的最新进展（1）( 四 )

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