铜-钢异质金属3D打印界面开裂难题如何破？环形模激光带来新思路！苏黎世联邦理工团队首次将环形模激光用于多材料激光粉末床熔融，大幅抑制铜钢元素互混。
多材料激光粉末床熔融（PBF-LB）凭借极高的设计自由度，是制备多功能构件极具潜力的技术路线。铜合金具备优异的导电导热性能，不锈钢拥有出色的力学强度与耐磨性能，铜-钢组合在工业领域具备巨大应用价值。但该体系会出现铜污染开裂（CCC）现象：液态铜侵入不锈钢晶界引发沿晶开裂；两种材料互混越严重，铜侵入损伤钢基体的程度就越高。
本研究首次把环形模激光应用于多材料PBF-LB，目标是降低元素互混。结果表明：相比于高斯光束，环形模激光可以降低两种合金的互混程度，减少界面缺陷，但无法完全消除开裂。高斯光束作用下CuCrZr与316L互混程度约为环形模激光的10倍。
文章主要亮点：
开创性应用：国际上首次将环形模激光用于铜-钢多材料激光粉末床熔融增材制造，探索光束整形解决异质材料界面顽疾的全新路径。
界面互混量级大幅下降：高斯光束互混区＞1180μm；环形模激光仅约50μm，界面锐度实现数量级提升，抑制匙孔效应带来的过度熔化。
缺陷显著改善：环形模激光消除匙孔引发的气孔，同时减少铜污染开裂的裂纹尺寸与数量，虽然不能完全根除开裂，但界面质量得到明显改善。
晶粒织构差异化调控：高斯光束得到细小等轴晶、随机织构；环形模得到柱状晶以及沿构建方向<100>择优织构，揭示光束形貌对凝固行为的改变机制。
揭示BCC-Fe相形成机理：BCC-Fe相来源于Ni元素贫化；高斯光束互混区更大，BCC铁相含量显著更高。
重要工程启示：单材料优化的工艺参数不能直接照搬用于多材料打印，多材料构件必须直接开展异质试样的工艺窗口开发。
内容来源：长三角G60激光联盟
