借助場輔助增材制造，開發(fā)新材料，實(shí)現(xiàn)功能集成

場輔助增材制造是一種結(jié)合不同能量場的固有優(yōu)勢來克服傳統(tǒng)增材制造技術(shù)局限性的新型制造技術(shù)。通過引入外部能量場（如磁場、聲學(xué)、機(jī)械、熱場，以及等離子場、電場、耦合多場等）作為輔助手段，以改善沉積材料的微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能及成形質(zhì)量的技術(shù)。

例如，增材制造中磁-熱-變形場的耦合有可能提高材料的強(qiáng)度、延展性和疲勞性能。因?yàn)榇艌隹梢源龠M(jìn)等軸晶粒的形成，減輕機(jī)械各向異性和提高延展性，而熱場能夠在材料中原位形成強(qiáng)化沉淀物以獲得更好的強(qiáng)度。同時(shí)，機(jī)械變形通過消除缺陷、細(xì)化晶粒和在材料中引起壓應(yīng)力來提高疲勞性能是可行的。此外，超聲振動可以攪拌和混合熔池，這有可能用于解決復(fù)合粉末增材制造中的均勻性問題。當(dāng)前，場輔助主要基于LPBF、LDED和WAAM工藝，并已應(yīng)用于范圍廣泛的金屬材料，包括鋁合金、鈦合金、鎳基高溫合金、鎂合金和鋼。輔助場對熔池對流和動力學(xué)、溫度分布和微觀結(jié)構(gòu)凝固行為等有重大影響。

增材制造材料的定制化是一種發(fā)展趨勢。除了系統(tǒng)和工藝的進(jìn)步外，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)協(xié)同設(shè)計(jì)材料和制造工藝的創(chuàng)新，場輔助增材制造為開發(fā)新材料提供了機(jī)會。例如，熱場可用于促進(jìn)沉淀物的形成和調(diào)整相組成；與機(jī)械場相關(guān)的大變形可以促進(jìn)再結(jié)晶和原位析出，因?yàn)樗鼈兎謩e具有高儲存能量和更多的潛在成核位點(diǎn)；具有快速沉淀動力學(xué)的材料有可能在輔助機(jī)械場處理過程中實(shí)現(xiàn)原位沉淀。此外，在增材制造過程中部署聲場可以分散有害的硬相偏析，這也提供了一個(gè)很好的機(jī)會來容納材料中的高密度硬相（如鋼中的 Laves 相）以強(qiáng)化材料作為有益相。因此，必須從材料設(shè)計(jì)的角度構(gòu)建場輔助手段，以最終利用輔助場。

△場輔助對增材制造過程的作用機(jī)制總結(jié)

△輔助場對增材制造的貢獻(xiàn)總結(jié)

使用場輔助開發(fā)異質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能材料也是可行的。機(jī)械場可用于開發(fā) BCC/FCC異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)變可以誘導(dǎo)從FCC到BCC的轉(zhuǎn)變。具體而言，在分層沉積中，交替施加機(jī)械應(yīng)變（如滾壓或錘擊）可以獲得分層BCC/FCC異質(zhì)結(jié)構(gòu)雙相組分，這有可能實(shí)現(xiàn)更高的機(jī)械性能。除此之外，當(dāng)前的金屬增材制造技術(shù)無法對打印微結(jié)構(gòu)的程序控制，因此缺乏對組件內(nèi)材料復(fù)雜性的探索。在增材制造過程中使用輔助場可以在組件中局部調(diào)整晶粒尺寸/形狀、相組成和應(yīng)力水平，這能夠定義不同區(qū)域的特性和性能以提高組件的整體性能，例如如強(qiáng)度-塑性協(xié)同、強(qiáng)度-疲勞組合、綜合延性和耐磨性、綜合強(qiáng)度-熱性能、綜合磁性和非磁性部件等。