近日，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院特種材料研究所團(tuán)隊(duì)在材料領(lǐng)域著名期刊《材料科學(xué)進(jìn)展》(Progress in materials science, IF=33.6)上在線刊登了題為“Metal powder atomization preparation, modification, and reuse for additive manufacturing: A review”(doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101449)的綜述文章，文章全面地梳理了增材制造金屬粉末制備、性能評(píng)價(jià)、改性及再利用的研究進(jìn)展，提出了面向大生產(chǎn)時(shí)代批量化增材制造應(yīng)用的粉末全生命周期性能提升及成本降低策略，為提升金屬增材制造產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力提供新思路、新方法。

該論文以上海交通大學(xué)為第一完成單位，上海交通大學(xué)博士生任芃源和歐陽(yáng)昱為共同第一作者，王洪澤副教授為通訊作者，共同作者還包括博士生母杰瑞、羅升，唐梓玨助理研究員，吳一副教授，王浩偉講席教授，倫敦大學(xué)學(xué)院Chu Lun Alex Leung教授，里斯本新大學(xué)J.P. Oliveira教授，多倫多大學(xué)Yu Zou教授。

當(dāng)前，大量有關(guān)金屬增材制造的研究集中在打印工藝參數(shù)，掃描策略等領(lǐng)域，而金屬粉末作為增材制造的關(guān)鍵原料，在粉末能量沉積(DED)和粉末床熔融(PBF)等以金屬粉末為基礎(chǔ)的增材制造工藝中尤為重要。然而，目前尚缺乏對(duì)增材制造用粉末全生命周期研究進(jìn)展的總結(jié)。該綜述對(duì)增材制造粉末的制備方法、改性以及再利用進(jìn)行了詳盡的總結(jié)，批判性地討論了典型粉末制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對(duì)粉末特征表征方法、粉末特征對(duì)增材制造性能的影響進(jìn)行了歸納，對(duì)比了現(xiàn)有的粉末改性方法及效果，探討了增材制造中粉末的再利用，包括再利用策略、效果以及可再利用性的評(píng)估，如圖1、圖2所示。

圖1 增材制造金屬粉末全生命周期及關(guān)鍵要素

圖2 金屬粉末在增材制造中的生命周期總體架構(gòu)

通過(guò)該綜述的研究工作，團(tuán)隊(duì)總結(jié)了未來(lái)增材制造粉末相關(guān)方向可能的發(fā)展趨勢(shì)。在粉末制備方面，金屬粉末制備技術(shù)將朝著多元化發(fā)展，如多級(jí)霧化，混合霧化等，以克服傳統(tǒng)單一方法的局限性，提高粉末質(zhì)量;結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬的應(yīng)用，新型制粉設(shè)備也將更精確地控制粉末形態(tài)，提升制粉效率。在粉末性質(zhì)方面，運(yùn)用原位觀測(cè)手段(如X射線動(dòng)態(tài)成像等)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程，以確保粉末在全周期內(nèi)保持穩(wěn)定性能;最終將在此基礎(chǔ)上建立普適的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系。在粉末改性方面，重點(diǎn)將放在開(kāi)發(fā)高效低成本的新改性方法，確保添加劑和元素的均勻分布上;結(jié)合傳感器和人工智能技術(shù)，粉末的質(zhì)量監(jiān)控和再利用效率將得到進(jìn)一步的提升。而在再利用方面，粉末的循環(huán)利用將不再僅考慮經(jīng)濟(jì)效益，還將兼顧環(huán)境影響，通過(guò)減少新粉需求、優(yōu)化廢粉處理等方式，提高再利用率;大數(shù)據(jù)與人工智能算法也將在粉末管理和再利用策略中扮演關(guān)鍵角色，通過(guò)預(yù)測(cè)粉末的重復(fù)使用周期及其對(duì)構(gòu)件性能的影響，從而優(yōu)化粉末的重復(fù)使用管理策略。

圖3 增材制造粉末的未來(lái)展望

該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2023YFB3712003)、國(guó)家自然科學(xué)基金(52441503, 52075327,52105469)、中國(guó)商用飛機(jī)制造工程中心創(chuàng)新基金(編號(hào)：3-0410300-031)的支持。

上海交通大學(xué)材料學(xué)院特種材料研究所是金屬基復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分，由王浩偉講席教授任負(fù)責(zé)人，與國(guó)際著名大學(xué)和大型企業(yè)建立多個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。研究所主要從事新型特種材料的設(shè)計(jì)、制備及其成形技術(shù)研究，支撐了多項(xiàng)國(guó)家重大工程需求，在航空航天和汽車(chē)軌交等多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。多年來(lái)承擔(dān)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、民機(jī)預(yù)研、民用航天預(yù)研、國(guó)家自然科學(xué)基金及國(guó)際合作項(xiàng)目等五十余項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)研究論文近300篇，獲授權(quán)中國(guó)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利100余項(xiàng)。先后獲得教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)及中國(guó)有色金屬工業(yè)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。研究所秉承“創(chuàng)新創(chuàng)造、科研報(bào)國(guó)”的精神，胸懷祖國(guó)、服務(wù)社會(huì)，面向世界科技前沿、面向國(guó)家重大需求，砥礪前行、勇攀高峰。

團(tuán)隊(duì)現(xiàn)長(zhǎng)期誠(chéng)聘激光增材制造/激光成形工藝和裝備、增材制造材料表征(微觀組織、力學(xué)性能、疲勞)、增材制造過(guò)程同步輻射成像、增材制造超結(jié)構(gòu)等方向博士后。

聯(lián)系人：王洪澤 (hz.wang@sjtu.edu.cn)。