我中心于文慧老师和郑宏宇教授在Virtual and Physical Prototyping期刊(Q1, TOP, IF: 10.962)发表文章“Recent progress on microstructure manipulation of aluminium alloys manufactured via laser powder bed fusion”。

激光粉末床熔化技术（LPBF）是金属增材制造领域的主要方法之一。该方法通过逐层扫描金属粉末实现高自由度复杂零件的成形，其特征热力学过程产生了独特的组织特点。本文针对LPBF涉及到的凝固基本理论和特点、组织调控等方面的近期进展进行了总结，介绍了LPBF在铝合金中的应用所面临的挑战；讨论了熔池热/动力学及其对LPBF成形件微观结构的影响；针对不同系列铝合金LPBF成形过程中的组织特点和组织调控研究进行了对比。

LPBF的热力学过程涉及粉末材料的快速熔化、凝固以及固有热处理，因此产生了典型的组织，包括沿打印方向的柱状晶和较强的织构，造成零件力学性能的各向异性。晶粒细化可以增加等轴晶比例，有利于合金的力学性能的综合提升。对于低强度Al-Si合金，由于其良好的成形性，以往研究主要集中在工艺参数优化上。但近年来，越来越多的研究开始关注通过孕育剂、增强相、合金化等方法实现CET(柱状晶-等轴晶)转变，以提高力学性能。对于中等强度的Al-Mg合金，凝固裂纹限制了其成形性，主要通过Sc和Zr合金化消除凝固裂纹，但目前研究发现熔池中的双重结构特征明显，仅熔池底部呈等轴晶。高强度Al-Cu和Al-Zn-Mg合金，常见的组织调控方法主要有三种:(1)通过极高或极低的能量密度输入、基体预热和支撑结构涉及等优化参数;(2)缩小凝固区间;(3)添加孕育剂。因此，要实现对LPBF成形件组织调控，必须掌握其凝固过程特征。引入孕育剂实现异质形核是最有前景的方法，但如何实现熔池中晶核的均匀分布，提高成核效率仍然是一个重大挑战。要解决这一问题，必须深入了解微小熔池内的凝固特征。

Figure 1. Schematic of (a) a typical LPBF machine, (b) gas circulation system, and (c) LPBF process parameters.

Figure 2. The illustration of the as-built microstructure formation

Figure 3. Interactions between LPBF parameters-microstructure-properties.