借助場輔助增材制造，開發(fā)新材料，實現(xiàn)功能集成

場輔助增材制造是一種結合不同能量場的固有優(yōu)勢來克服傳統(tǒng)增材制造技術局限性的新型制造技術。通過引入外部能量場（如磁場、聲學、機械、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構、機械性能及成形質量的技術。

例如，增材制造中磁-熱-變形場的耦合有可能提高材料的強度、延展性和疲勞性能。因為磁場可以促進等軸晶粒的形成，減輕機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化沉淀物以獲得更好的強度。同時，機械變形通過消除缺陷、細化晶粒和在材料中引起壓應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合粉末增材制造中的均勻性問題。當前，場輔助主要基于LPBF、LDED和WAAM工藝，并已應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、溫度分布和微觀結構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)和工藝的進步外，還應強調協(xié)同設計材料和制造工藝的創(chuàng)新，場輔助增材制造為開發(fā)新材料提供了機會。例如，熱場可用于促進沉淀物的形成和調整相組成；與機械場相關的大變形可以促進再結晶和原位析出，因為它們分別具有高儲存能量和更多的潛在成核位點；具有快速沉淀動力學的材料有可能在輔助機械場處理過程中實現(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，這也提供了一個很好的機會來容納材料中的高密度硬相（如鋼中的 Laves 相）以強化材料作為有益相。因此，必須從材料設計的角度構建場輔助手段，以最終利用輔助場。

△場輔助對增材制造過程的作用機制總結

△輔助場對增材制造的貢獻總結

使用場輔助開發(fā)異質結構和功能材料也是可行的。機械場可用于開發(fā) BCC/FCC異質結構材料，因為機械應變可以誘導從FCC到BCC的轉變。具體而言，在分層沉積中，交替施加機械應變（如滾壓或錘擊）可以獲得分層BCC/FCC異質結構雙相組分，這有可能實現(xiàn)更高的機械性能。除此之外，當前的金屬增材制造技術無法對打印微結構的程序控制，因此缺乏對組件內材料復雜性的探索。在增材制造過程中使用輔助場可以在組件中局部調整晶粒尺寸/形狀、相組成和應力水平，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，例如如強度-塑性協(xié)同、強度-疲勞組合、綜合延性和耐磨性、綜合強度-熱性能、綜合磁性和非磁性部件等。