激光辅助聚合物基体金属沉积的研究综述与概念验证

《Scientific Reports》：A focused review and proof-of-concept for metal deposition on polymer substrates via laser processing in additive manufacturing

　　

摘要

将金属集成到聚合物基体上能够实现兼具轻质特点的多功能结构。在众多方法中，基于激光的金属沉积为制造聚合物—金属混合部件提供了一种直接且高效的途径，无需传统的连接工艺。然而，由于金属与聚合物之间热性能和物理性能的巨大差异，该方法仍面临挑战。在"引言"部分，介绍了聚合物—金属混合结构的背景和动机。"聚合物上金属沉积的现有研究"部分综述了近期关于激光辅助聚合物基体金属沉积的研究，并总结了其主要发现和局限性。"挑战与未来研究方向"部分讨论了主要挑战，包括热不匹配、界面粘结限制以及狭窄的加工窗口。在"概念验证研究"部分，介绍了利用CO₂激光辐照条件下将CoCrMo粉末沉积在聚醚醚酮和聚乳酸基体上的概念验证研究，展示了粘结不足与热降解之间的权衡关系，以及材料依赖性的粘结行为。值得注意的是，对于PLA，在无明显碳化现象下实现了稳定的颗粒嵌入，在8.6 W和150 mm/s的代表性激光条件下，将涂层套数从一次增加到三次，表面粗糙度从10.88降低至4.90 μm。最后，"结论"部分总结了聚焦综述和概念验证研究的关键发现，并强调了未来的研究方向。总体而言，本研究提供了当前进展和局限性的简明概述，并为推进聚合物—金属混合增材制造提出了潜在方向。