缺陷形成是粉末基金属增材制造的关键挑战。金属增材制造部件的性能高度依赖于其表面质量和微观结构特征。基于粉末的增材制造金属和合金中多尺度缺陷主要可以分为几何形状相关缺陷、表面质量完整性相关缺陷以及微观组织结构缺陷三大类。金属增材制造过程中产生的各类缺陷严重影响零件性能及可靠性，阻碍增材制造在关键领域的推广与应用。研究与理解缺陷形成机理、调控方法、检测技术、数值模拟技术以及揭示各类缺陷对力学性能的影响规律与调控方法等对于提高金属增材制造技术水平具有重要意义。

       

Graphical abstract

香港理工大学、西北工业大学和香港中文大学的研究人员归纳了基于粉末的增材制造（特别强调了LPBF工艺）金属和合金过程中的多尺度缺陷，并阐明了各类缺陷形成的潜在机制以及控制方法；总结了金属增材制造各类缺陷的破坏性和非破坏性检测方法；从材料、几何控制、工艺参数的原位操作、后处理或合金设计和混合AM技术等方面阐明了各类缺陷的控制和缓解方法；介绍了多尺度增材制造缺陷建模的研究进展；全面分析讨论了各类缺陷对增材制造件的拉伸及疲劳力学性能的影响，以及有效的控制方法。本综述论文为优化增材制造工艺、制造无缺陷零件和结构以及定制所需的机械性能和维修性能提供了一定的指导。

相关综述文章以题为 “Multi-scale defects in powder-based additively manufactured metals and alloys” 发表在材料领域顶刊 Journal of Materials Science & Technology上。

基于粉末的增材制造金属和合金中多尺度缺陷的分类

       

（a–c） 与几何形状有关的典型缺陷，包括变形和分层;（d） 由微型LPBF和常规LPBF制造的悬臂变形（e） 残余应力与SLMed Ti6Al4V扫描长度的函数（f） 印刷零件的几何误差与特征厚度的函数

LPBFed中的阶梯效应（a）基于表面的晶格和（b）基于支柱的晶格;（c）LPBFed SS316L的（c）顶部表面和（d）侧表面的质量（e） LPBF中的单轨形态作为扫描速度的函数;（f） 金属AM期间飞溅的液滴示意图; 表面裂纹（g）和晶体结构（h）在SLMed CM247LC高温合金的边界

       

典型的热裂纹:（a，b）凝固裂纹显示不规则的树枝状形态（c，d）无树突特征的液化裂纹;（e，f）凝固裂纹和（g，h）液化裂纹区域的形貌和误定位图;（i-k）LPBFed AA7075合金的单轨，显示出不同的熔池形状和热裂纹敏感性

       

（a–c）LPBFed CM247LC合金中的固态裂纹显示出直而尖锐的扭结; DED Inconel 738合金中DDC型固态裂纹的形貌:（d，e）三重结点处的DDC和（f）液化裂纹末端的DDC

       

典型的内孔:（a）LoF孔隙和冶金孔隙;（b） 锁孔孔和（c）收缩孔;（d）粉末吹制DED工艺中孔隙形成机理的示意图

LAM过程，从（a）原始粉末和（b）氧化原料粉末进行原位观察熔化特征;（c） SLMed Ti6Al4V中的孔隙率与能量密度的函数（d，e）SLM过程中激光功率扫描速度的典型工艺窗口

典型的柱状颗粒，沿BD具有<100>纹理（a）LBPFed SS316L（b） 铬镍铁合金718 和（c）AlSi10Mg （d） 熔池形状示意图和由此产生的晶粒生长方向;（e）凝固微观结构示意图，作为温带梯度和生长速率的函数

（a）LPBFed SS316L的细胞结构提示微隔离和重叠脱位细胞;（b）在DED和SLM具有1D，2D和3D约束的条件下，位错单元的形成示意图