爱尔兰都柏林大学和意大利米兰理工大学的研究人员提出了一种使用粉末片材原料的新型多材料增材制造概念(MAPS)，可用于多材料部件打印。相关成果以“Powder sheets additive manufacturing: Principles and capabilities for multi-material printing”为题发表在《Additive Manufacturing Letters》上。
亮点：
-提出了一种使用粉末片材原料的新型多材料增材制造概念(MAPS)。
-首次使用 MAPS 制造出了高相对密度(99.80%)、无缺陷的 SS304-In718-HEA 样品。
-测量了 MAPS 制造的 SS304-In718-HEA 中化学成分和微观结构(如晶粒)的变化。
-新提出的粉末片材方法为多材料增材制造提供了一条新途径。
关键词：
粉末片材;多材料复合材料;可打印性;无缺陷;增材制造
本研究提出了一种新型的金属粉末片材增材制造(MAPS)方法，可在一个工艺流程中打印多种材料的复合材料。MAPS 采用粉末片材(即金属粉末-聚合物基柔性薄膜)作为原料材料。它的主要优点包括：从一种材料到另一种材料的转换相对较快，而且由于省去了粉末床，材料的浪费也最小。粉末片是用 "溶剂浇铸 "法制造的。然后将其用于商业化金属打印机，打印金属多材料复合材料。为了证明 MAPS 的颠覆性概念，首次在同一制造系统中使用三种不同类型的粉末片材，增材制造了60层三金属多材料复合材料(304 L 不锈钢、In718 和CoCrFeMnNi高熵合金)。实验结果表明，MAPS打印出了高密度(99.80%)的多材料复合材料。 通过对多材料复合材料的EDX和SEM观察，发现其化学成分和微观结构沿构建方向发生了变化。新提出的MAPS制造方法和本研究的结果为多材料金属零件的制造提供了一条新途径。
图 1. 使用不同金属粉末片材制造MAPS的工艺示意图。
图 2. 用于制造粉末片材的松散粉末(SS304、In718 和 CoCrFeMnNi HEA)的特性：a) 至 c) SEM观察;d) 至 f) XRD 图样。
图 3. SS304、In718 和HEA 粉末片材的特性：SEM观察(a)和TGA(b)。
图 4. SS304-In718-CoCrFeMnNi HEA 多材料复合材料的光学显微镜(a)和 EDX：多材料复合材料沿构建方向的 EDX 图(b)和 EDX 线(c)分析;MAPS 打印 HEA 和原始 HEA 松散粉末的 XRD 对比(d)。
图 5. 使用粉末片原料打印的多材料打印件蚀刻微观结构(a-f)的横截面 SEM 观察。
本文提出了一种用于打印多材料部件的新型增材制造概念(MAPS)。在 MAPS 中，粉末床被取代，取而代之的是由金属粉末和聚合物制成的复合片材，这使得原料材料的处理更加安全。新的粉末片打印技术能显著提高材料的转换效率，为控制原料的灵活性提供更大的自由度，并避免材料的交叉污染。研究人员采用"溶剂浇铸 "法制造了三种不同的粉末片材。首次使用三种不同的金属材料(SS304-In718-CoCrFeMnNi HEA)层层叠加，成功打印出了近乎完全致密(相对密度为 99.80%)的圆柱形结构。无需进行烧结后致密化处理(如在粘合剂喷射过程中);打印出的结构密度很高。EDX 图谱和SEM结果表明，材料之间的结合无缺陷，化学成分过渡适当，无需后烧结步骤。微观结构观察结果表明，沿多材料打印的构建方向，材料间的相位呈梯度变化。元素分析证实，MAPS 打印的 SS304 样品中没有 N、O 和 H 污染。这项工作为增材制造中的多材料功能梯度部件的制造提供了一种新的解决方案。
