南航田宗军教授团队丨增材制造过程的变形及残余应力研究进展
增材制造过程的变形和残余应力研究综述
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研究现状
增材制造技术因制造复杂、定制化结构的诸多优势，得到航空航天、医疗等领域的重点关注。然而，变形和残余应力是当前增材制造领域两大共性问题。零件变形会降低成形精度，零件内部残余应力会削弱其力学性能，尤其是疲劳性能。
图1 增材零件变形及残余应力影响因素
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研究难点或瓶颈
影响增材制造零件变形和残余应力的因素众多，比如材料的热物性参数、增材工艺参数、结构特征及尺寸等。传统的热梯度机理（Thermal Gradient Mechanism）从微观角度解释了变形和残余应力的部分行为，但在宏观角度仍无法解释诸多影响变形和残余应力的因素。
图2 变形及残余应力演化示意图:（a）增材制造完成，（b）增材后去除支撑，（c）增材后去应力处理，（d）去应力后再去除支撑
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展望（发展趋势）
作者首次提出宏观约束力的假设，构建了材料、工艺、结构方面的因素与变形及残余应力的关系，从宏观角度系统地认识和理解变形与残余应力行为。基于此，本文系统地梳理了材料、工艺、结构等方面的诸多因素影响变形的机理，并凝练减小零件变形与残余应力的有效方法。增材零件变形和残余应力有望从材料、工艺、结构方面形成系统的解决方案。
团队带头人介绍
田宗军，南京航空航天大学机电学院教授、博士生导师，南京航空航天大学增材制造研究所所长，江苏省产研院精密与微细制造技术研究所副所长，江苏省三维打印技术创新战略联盟副理事长。1994年毕业于原东北重型机械学院（现燕山大学）机械工程系；1997年在东南大学机械工程系获得硕士学位；2000年在南京航空航天大学机电学院获得博士学位；2000年5月至2002年5月在南京大学物理系固体微结构物理国家重点实验室、凝聚态物理专业博士后研究工作。2002年5月至今，加入南京航空航天大学。多年来一直从事激光加工、激光增材制造技术、金属材料表面改性的科研工作。先后承担和参加了20多项国家、省、部级科研项目。获省部级科技进步奖二等奖2项、三等奖4项。发表论文180余篇，其中被SCI收录120余篇。申请发明专利50余项，获发明专利授权30余项。获江苏省“六大人才高峰”高层次人才、南京市领军型科技创业人才、江苏省“双创人才”科技副总、南京市科技顶尖专家集聚计划“A类领军人才”、江西省引进培养创新创业高层次人才“千人计划”专家等资助。创立江苏三维智能制造研究院，孵化南京铖联激光科技有限公司销售SLM设备600余台，齿科细分市场占有率超60%。
团队研究方向
（1）多孔结构参数化设计新方法
（2）高性能金属增材制造工艺及性能
（3）金属增材制造组合后处理技术
（4）陶瓷增材制造技术及应用
近年团队发表文章
[1] D. Xie, F. Lv, H. Liang,et al. Towards a comprehensive understanding of distortion in additive manufacturing based on assumption of constraining force, Virtual and Physical Prototyping, 2021, 17(2): 1-2
[2] H. Liang, L. Chao, D. Xie, et al. Trabecular-like Ti–6Al–4V scaffold for bone repair: A diversified mechanical stimulation environment for bone regeneration. Composites Part B, 241(2022), 110057
[3] L. Chao, C. Jiao, H. Liang, et al. Analysis of Mechanical Properties and Permeability of Trabecular-Like Porous Scaffold by Additive Manufacturing. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 9(2021), 779854
[4] C. Jiao, D. Xie, Z. He, et al. Additive manufacturing of Bio-inspired ceramic bone Scaffolds: Structural Design, mechanical properties and biocompatibility. Materials & Design, 217(2022), 110610
[5] K. Wang, M. Qiu, C. Jiao, et al. Study on defect-free debinding green body of ceramic formed by DLP technology. Ceramics International, 46(2022), 2438-2446
[6] C. Jiao, J. Gu, Y. Cao, et al. Preparation of Al2O3-ZrO2 scaffolds with controllable multi-level pores via digital light processing. Journal of the European Ceramic Society, 40(2020), 6087-6094
[7] Y. Chen, J. Xu, L. Shen, et al. Tunable wettability of jet electrodeposited micro-nano structures modified by laser radiation. Surface and Coatings Technology, 446(2022), 128763
[8] G. Lou, Y. Chen, J. Xu, et al. Preparation of Graphene Oxide-loaded Nickel with Excellent Antibacterial Property by Magnetic Field-Assisted Scanning Jet Electrodeposition. International of Bioprinting, 8(2021), 432
[9] B. Quan, W. Gu, J. Sheng, et al. From intrinsic dielectric loss to geometry patterns: Dual-principles strategy for ultrabroad band microwave absorption. Nano Research, 14(2021), 1495-1501
来源：机械工程学报
