通过选择性激光熔化同时增强3D打印不锈钢316L的强度和延展性

基于激光的粉末床熔合增材制造或三维打印技术因其可控、数字化和自动化的制造过程而受到极大关注，这能够提供精细的微观结构和优越的强度。然而，以满足延展性和韧性的要求增材制造金属部件是一个主要挑战。在这里，我们报告了一种新颖的选择性激光熔化工艺，通过将不锈钢316L的微观结构工程化成结晶取向，来同时增强其强度和延展性。我们发现，与普通的纹理微观结构相比，经过工程化纹理微观结构的SLM制造的不锈钢316L样品的抗拉强度和延展性分别提高了约16%和40%。这是因为在塑性变形过程中，纹理不锈钢316L样品中的有利纳米双晶机制被显著激活。此外，进行了动力学模拟，以揭示熔池几何形状与结晶取向之间的关系。工程化结晶取向的新增材制造策略可以应用于其他具有双晶诱导塑性的金属和合金。此项工作为增材制造高强度和高延展性的金属部件铺平了道路。新加坡的研究人员已经实现了同时具有高抗拉强度和延展性的钢合金的三维（3D）打印。增材制造通过材料逐层添加构建3D物体，这对于塑料来说是一个相对简单的过程。然而，对于金属而言，这一制造过程要复杂得多，因为金属容易出现缺陷和内部孔隙。尤其是在最终产品需要优异的机械性能（如硬度或强度）时，这个问题尤为突出。南洋理工大学的田西鹏和同事们使用了一种特定的激光扫描策略来熔融金属粉末，并形成具有锯齿状结晶微观结构的不锈钢合金。他们的不锈钢样品的抗拉强度和延展性分别提高了约16%和40%，与具有典型微观结构的合金相比。成功地在普遍的海洋级不锈钢316L上展示了一种创造性的方法，大幅增强SLM打印金属部件的强度和延展性。这一新发现提高了不锈钢部件的强度和延展性，分别比典型的3D打印工艺和传统制造方法提高了约16%和40%。对结晶取向的控制是这一突破的关键，通过调整在基于激光的3D打印过程中熔池的几何特征达成。所需的结晶取向有利于激活纳米双晶机制，同时增强强度和延展性.