銅鉻鋯（CuCrZr）合金因?qū)鹘y(tǒng)近紅外激光反射率高、熱導(dǎo)率大，長期以來難以通過激光粉末床熔融（LPBF）技術(shù)進(jìn)行3D打印。常規(guī)激光照射時(shí)，大部分能量被反射，且熔池?zé)崃可⑹俣葞缀跖c激光供給同步，導(dǎo)致成型困難。

2026年10月24日發(fā)表于《材料科學(xué)雜志》的一項(xiàng)研究系統(tǒng)分析了綠光LPBF工藝中激光功率、掃描速度及線性能量密度（LED）對缺陷形成與凝固微觀結(jié)構(gòu)的影響。該團(tuán)隊(duì)以LED（激光功率除以掃描速度）為核心變量，通過調(diào)整參數(shù)范圍觀察熔池行為、凝固組織及Zui終成型質(zhì)量的變化。

實(shí)驗(yàn)表明，表面質(zhì)量與孔隙率對工藝參數(shù)的響應(yīng)相反。適當(dāng)提高激光功率可促進(jìn)金屬熔化與重熔，改善熔體流動與鋪粉效果，從而抑制熔池破裂成球狀液滴的“球化現(xiàn)象”，并降低表面粗糙度。在測試范圍內(nèi)，孔隙率通常隨掃描速度增加而下降。作者指出，結(jié)合較高激光功率與較高掃描速度，可在保證充分熔粉的同時(shí)限制過熱，提升熔池穩(wěn)定性與整體成型質(zhì)量。

相對密度（衡量粉末固結(jié)程度的關(guān)鍵指標(biāo)）隨LED變化呈先升后降趨勢，在LED為0.467 J/mm時(shí)達(dá)到峰值99.28%。這源于兩種競爭缺陷機(jī)制：低能量密度下熔池過小，層間與道間搭接不足，易產(chǎn)生未熔合缺陷；過高能量密度則會導(dǎo)致過熱汽化與蒸汽反沖壓力增強(qiáng)，引發(fā)深孔型氣孔，即蒸汽空腔塌陷將氣泡截留在凝固金屬中。

能量輸入同樣在兩個(gè)尺度上留下微觀結(jié)構(gòu)印記。提高LED會增加熔池?zé)岱e累、降低冷卻速率，有利于微尺度柱狀晶生長。研究范圍內(nèi)柱狀晶面積分?jǐn)?shù)從69.1%升至74.0%，反映出較慢的熱提取使細(xì)長晶粒有更多時(shí)間沿凝固方向延伸。在納米尺度上，高LED加速了快速凝固形成的位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)粗化，降低了幾何必需位錯(cuò)密度，并促進(jìn)了鉻析出相的生長。

拉伸測試將工藝窗口與性能直接關(guān)聯(lián)。強(qiáng)度與延展性組合出現(xiàn)在密度Zui高的同一能量密度點(diǎn)：在LED為0.467 J/mm（對應(yīng)激光功率420 W、掃描速度900 mm/s）時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)349.2 MPa，延伸率為37.8%。作者強(qiáng)調(diào)，該結(jié)論僅適用于所研究的參數(shù)范圍與綠光LPBF工藝，高功率高速組合僅為可能改善成型質(zhì)量的策略而非普適規(guī)則。但研究仍為攻克這一難加工銅合金提供了清晰的定量工藝圖譜。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-26。本文為資料編譯。