《Additive Manufacturing》：Advancing multi-material laser powder bed fusion through topology optimized Design
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摘要
多材料激光粉末床熔融（MM-LPBF）技术的最新进展使得能够在传统激光粉末床工艺中通过选择性沉积多种材料系统来增材制造高度复杂的结构。MM-LPBF结合了典型LPBF工艺的精细分辨率和对多种材料位置的高精度空间控制能力。采用交替激活相位（AAP）算法设计了多材料梅塞施密特-伯尔科-布洛姆（MBB）光束，在保证制造可行性的同时最小化了结构变形。利用MM-LPBF技术制造了拓扑优化的316L不锈钢和CuCrZr合金部件，并通过数字图像相关（DIC）技术进行了弯曲测试，其机械性能与有限元分析（FEA）结果进行了对比。对双材料界面的微观结构分析揭示了MM-LPBF工艺特有的缺陷形成机制。机械测试表明，失效过程首先发生在CuCrZr基体区域，随后向界面区域扩展。DIC分析显示，多金属MBB结构的刚度与FEA预测值之间的偏差仅为5.3%。本研究结果表明，那些通过传统制造方法或增材制造技术难以实现的高度复杂的多材料拓扑优化（MM-TO）设计现在可以高精度地实现。该方法可应用于其他需要多目标优化的领域，如多材料换热器、生物医学设备和储能装置。最后，本研究强调了进一步改进MM-LPBF工艺的必要性，以降低材料内部的孔隙率和界面缺陷，因为其加工原理与单材料LPBF及其他金属增材制造工艺存在显著差异。
