王克鴻教授：多維異質(zhì)異構(gòu)電弧金屬3D打印技術(shù)

南極熊獲悉，2021年11月23日，南極理工大學重點實驗室主任王克鴻教授，受邀于國賽空中講堂進行了“多維異質(zhì)異構(gòu)金屬構(gòu)件受控電弧增材制造技術(shù)”的主題講座。講座過程中，王克鴻教授針對多維異質(zhì)異構(gòu)構(gòu)件的意義以及電弧增材制造在制造多維異質(zhì)異構(gòu)結(jié)構(gòu)方面優(yōu)勢進行了闡述。

王克鴻教授指出，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，金屬構(gòu)件的服役環(huán)境越發(fā)的嚴苛，對構(gòu)件的綜合要求也越來越高?，F(xiàn)階段，大部分關(guān)鍵構(gòu)件不僅要求具有高強度、高韌性、高剛度，同時要求其具備優(yōu)良的耐高溫與耐磨性能等，這就不僅對成形材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)以及宏觀結(jié)構(gòu)提出了嚴苛的要求。

為實現(xiàn)高性能復雜構(gòu)件的成形，南京理工大學的王克鴻教授團隊，基于仿生貝殼結(jié)構(gòu)，提出利用受控電弧成形不同金屬材料，成形變成分、變結(jié)構(gòu)的多維異質(zhì)異構(gòu)構(gòu)件，以獲得具備高強韌、高耐磨以及強抗沖擊等綜合性能的金屬構(gòu)件。

貝殼的主要成分是由硬的礦物質(zhì)和軟的蛋白質(zhì)構(gòu)成，但是貝殼卻能夠承受遠大于自身重量的壓力與海底復雜水文的巨大摩擦力，貝殼依舊能夠正常生存，這是貝殼在其不同部位、不同區(qū)域都存在不同的微觀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出微觀的分層錯位疊片結(jié)構(gòu)，介觀的分層交疊結(jié)構(gòu)以及宏觀的分區(qū)域鑲嵌結(jié)構(gòu)，綜合形成從微觀到宏觀的多維異構(gòu)，有效提高了貝殼的綜合性能。

基于此，王克鴻教授提出了仿生貝殼的多維異質(zhì)異構(gòu)增材的概念，即首先通過一體化多維設計，確定不同區(qū)域的不同結(jié)構(gòu)；隨后，針對不同結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)（厘米級），進行不同設計形成層內(nèi)交疊；接著，通過控制成形材料以及工藝，在不同層內(nèi)交疊結(jié)構(gòu)中形成亞毫米級的分層；最后，通過控制原子結(jié)構(gòu)以及位錯分布，形成微米級以及亞微米級的結(jié)構(gòu)交錯，以實現(xiàn)微觀、介觀、宏觀不同尺度上的異質(zhì)異構(gòu)，從而實現(xiàn)高性能金屬構(gòu)件的成形。

電弧增材制造利用電弧作為熱源，將金屬絲材或粉材熔化，按照既定路徑將熔化的金屬以液滴的方式持續(xù)過渡，形成金屬構(gòu)件。電弧增材相對于激光、電子束等，其成形效率高、對材料的要求低，在成形大尺寸多維異質(zhì)異構(gòu)構(gòu)件方面具有明顯的優(yōu)勢。

基于此，王克鴻教授基于多維異質(zhì)異構(gòu)結(jié)構(gòu)概念以及電弧增材制造技術(shù)優(yōu)勢，將兩者相結(jié)合，提出了大型復雜多維異質(zhì)異構(gòu)金屬構(gòu)件電弧增材制造新思路，率先利用此技術(shù)實現(xiàn)高強鋼與不銹鋼分層交疊結(jié)構(gòu)的成形，并通過對比發(fā)現(xiàn)，使用該方法制得的構(gòu)件的強度提高了1%，沖擊韌性提高了2%左右。

編譯 代軼勵
△王克鴻教授講座的視頻回放

相關(guān)補充：
在電弧增材制造方面，南京英尼格瑪算是業(yè)內(nèi)最早涉足的企業(yè)之一，已在這個行業(yè)深耕了十年之久，已掌握了電弧增材制造的整套技術(shù)，包括裝備、工藝、軟件和材料等，目前在國內(nèi)乃至國際已處于領(lǐng)先的地位。《國內(nèi)首屆電弧金屬3D打印機設備職業(yè)技能“格智杯”競賽成功舉行，英尼格瑪承辦》http://m.withyoor.com/thread-151741-1-1.html