《极端制造》｜多元金属材料激光增材制造概述：从宏观尺度到微观尺度( 三 ) ：《极端制造》

如新加坡南洋理工大学的研究人员采用SLM技术进行了AlSi10Mg和UNSC18400铜合金多元材料的制备，见图4 。其界面采用FIB、SEM、XRD、EDS和EBSD等手段进行了分析表征。结果发现Al2Cu金属间化合物相会在SLM制造后的Al/Cu连接界面处形成.SLM制造后的Al/Cu合金样品的拉伸性能为176±31MPa,三点弯曲强度，对于Cu来说为200MPa,对于Al来说为500MPa 。进一步的分析则表明金属间化合物的形成将界面处的断裂机制从韧性断裂向脆性的解理断裂转变。其显微应为硬度在界面处变化较大，这是因为金属间化合物形成的缘故。

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▲图4.Al合金/Cu合金电连接器和拉伸样品(南洋理工大学的成果)
一个非常重要的限制，限制微型的电子器件的制造的技术是粉末存储器件的限制。后者主要取决于电极的尺寸。 Shen等人报道了一个采用飞秒激光来减少石墨烯氧化物来制造微型超级电容器的微型电极材料，如图5(a2)所示,这些电极的手指所具有的长度为100μm,f宽8μm,间距为2μm 。紧接着，作者使用LIFT技术来精确的滴下电解液滴到每一电极的顶部以避免额外的电解质浸润其他的电极部件和造成干扰。整个过程的流程见图5(a1) 。作者发现介孔结构在石墨烯和小尺寸的电极且具有窄宽度和小扫描间距的区域形成，可以有效的提高离子的扩散和提高超级电容器的电化学性能，包括高的单位电容(6.3mFcm?2和105Fcm?3)和在1000次循环之后具有~100%阻滞。

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▲图5.(a1)激光直写和LIFT用于制造的工艺流程图(a)超微型的石墨烯微型超级电容器;(b1)–(b6)制造石墨烯/镍基泡沫电极的工艺流程,(b7)–(b9)在不同阶段的镍基泡沫的显微结构
展望:
在过去的几十年里，以激光为能源的AM制造技术经过了广泛的研究，对不同材料的组合进行研究以实现在一个工艺过程中在一个部件上实现打印异种材料，同时实践也证明不同的AM制造技术可以用来加工多元金属部件，实现从达到米级的尺度的部件，小到微米尺度的器件。这些研究为以激光为基础的多元材料的AM制造从实验室走向商业应用奠定了坚实的基础。激光为基础的多元材料增材制造技术具有很多显著的优点，同传统工艺相比较,如简化了工艺制造流程，增加了设计的自由度和减少了原型制造的成本和时间等。多元材料增材制造技术未来的应用将会是多学科交叉融合的结果，包括机械工程、制造工程、材料科学、电子、光子、生物学和其他学科等。如何将复合制造系统整合到一起，实现部件的长期的服役可靠性尚需要进一步的研究。解决这些挑战需要我们不断的努力，但随着应用领域从航空航天到能源等领域的应用和工业界的人士的不断参与，终究会找到解决办法。
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