尽管金属增材制造因其灵活的产品形状设计而得到广泛研究，但由于原料有限，金属增材制造的材料选择窗口仍然很窄。为了应对增材制造中的挑战，韩国和美国学者合作研究开发了一种创新的金属粉末制造工艺。这一过程被称为表面改性和增强移植(SMART)，它可以有效地生产表面改性的原料粉末，如球化、表面合金化、表面涂层或复合粉末，这有助于通过新合金和复合材料的探索添加剂制造。在这项研究中，建立了SMART工艺的工作原理，并考虑了SMART工艺的一些实际应用，通过制造专门的金属增材制造原料，例如碳纳米管涂层、Mo合金化和TiC颗粒增强的Inconel625粉末。此外，在定向能量沉积过程中使用钼合金和TiC颗粒增强粉末，通过制造钼控制合金和TiC颗粒增强复合材料来验证SMART粉末的性能。SMART流程与现有流程进行了比较，证明是有优势的。因此，本研究为增材制造原料粉末的生产提供了一种新方法。
相关最新研究文章以题为 “Novel solid-state metal powder surface modification process for additive manufacturing of metal matrix composites and alloys（用于金属基复合材料和合金增材制造的新型固态金属粉末表面改性工艺）”于近期发表在期刊《Applied Surface Science》上。
金属增材制造可用于生产任何形状的金属产品，因此可生产各种专用产品。由于金属增材制造可实现快速成型，因此已应用于航空航天、军事、医疗和艺术领域的高科技部件生产。然而，由于复杂的材料选择标准，不仅涉及金属粉末的尺寸和形状，还涉及合金的物理性质，如熔点、反射率和热性能，因此可用于金属增材制造的原料粉末数量有限。只有有限数量的合金，如钛基合金、不锈钢、Inconel系列和Al-Si系列，被用于金属增材制造。因此，需要开发金属粉末的高级配置，以扩大金属增材制造的材料选择范围。目前，由于金属增材制造对各种原料的需求，正在进行广泛的研究。 要开发用于金属增材制造的表面改性粉末材料，必须满足各种条件，例如流动性的高球形度、能量吸收的低激光反射率、足够的表面张力和抑制柱状晶粒形成，以减少制造过程后的开裂。许多研究人员已尝试制造满足这些要求的表面改性原料粉末。生产增强型表面改性粉末主要有五种方法：混合、球磨、溶液涂层、化学气相沉积和电沉积。上述方法存在分散性差、形状不规则、工艺难度大、工艺复杂、可扩展性有限等缺点。因此，每种方法只能提供有限的问题解决方案，而且成本很高。因此，这些方法不适用于金属增材制造中使用的先进合金和复合材料。 该研究展示了一种用于金属增材制造的新型表面改性金属粉末制造工艺。所提出的过程在下文中称为表面改性和强化移植(SMART)过程，并且在设计时考虑了具有双峰尺寸分布的粒子的超高速碰撞。这不同于现有的机械合金化或研磨，因为它不使用研磨球。通过排除传递压倒性动量和能量的研磨球，可以精确快速地控制粉末特性，因此SMART工艺的产品是球形核壳粉末，这是传统机械合金化无法获得的。如图1所示，可以控制金属粉末的形状和表面性质，以获得球化、合金化、包覆和复合粉末。随后，制造了表面改性金属粉末，用于增材制造金属产品的先进设计。研究旨在证明其有效性并评估所提出的SMART过程的原则。 
图1.SMART流程原理及应用示意图
SMART工艺的产品粉末与传统方法获得的产品粉末不同，因为在颗粒表面形成了机械混合壳层（MMSL），如图2所示。MMSL由变形的卫星制成，或者可以通过添加来培育金属添加剂和其他非金属添加剂可以加载到MMSL中。由于MMSL，SMART工艺粉末在金属增材制造工艺中比现有工艺生产的粉末更具优势。SMART处理的粉末具有出色的负载能力和分散性，因为它不仅利用MMSL的表面，还利用MMSL的内部来容纳移植材料。此外，流动性的降低并非源于团聚颗粒的联锁效应，而是由于卫星的消除而增加。此外，通过阻止添加剂直接暴露于激光，可以防止MAM过程中出现意外结果。总之，SMART处理的粉末比传统的表面改性粉末更适合作为金属增材制造工艺的原料。
图2.传统改性粉末与SMART加工粉末之间差异的图示 该研究中，引入了SMART过程的概念，并对工作过程进行了评估。基于该工作原理，实际应用制备了用于增材制造的复合粉末。通过SMART在Inconel625核上形成三种类型的含有碳纳米管的壳层（CNT、Mo和TiC颗粒(TiCps)）。评估了SMART处理的核壳复合粉末的形态和光学性质。最后，将含TiCp和Mo的核壳粉末用作增材制造的原料，以证明SMART工艺在增材制造中的有效性。在可用原料有限的情况下，SMART工艺和核壳复合粉末将成为加速金属增材制造材料开发的突破。所提出的方法比传统方法更有效、更精确地制造具有适当尺寸和形状的表面改性粉末。因此，SMART工艺为增材制造的原料供应开辟了新的视野。 
图3.(a)3D重建示意图，以及通过XCT重建对(b)AISI316、(c)纯Ni和(d)纯Al的基于补充粉末颗粒尺寸的变形程度的结果
图4.与球磨工艺相比，SMART工艺前后粉末的显微观察：通过球磨工艺制备的CNT分散的Inconel625粉末（(a)形态和(b)颗粒表面），原始制备粉末（（c）Inconel625和（d）CNT），以及通过SMART工艺（（e）粉末，（f）形态，（g）表面，和（h）TEM-EDS映射的CNT分散的Inconel625粉末颗粒表面横截面的结果） 该研究开发了一种SMART工艺来解决MAM原料有限的问题。此外，通过SMART工艺制造的原料粉末经验证比传统的MAM工艺更合适。此外，SMART工艺具有可扩展性，工作原理简单，适用范围广。因此，预计在不久的将来，SMART将成为MAM生产合金、复合、涂层和球化粉末等原料粉末的主要工艺。最后，SMART工艺有望减轻为MAM制造合适的原料粉末的负担，从而促进金属增材制造新材料的探索。显著成果如下： 1. “尺寸选择性研磨”的概念被引入并用于开发一种新的粉末制造工艺：SMART工艺。2. SMART工艺由于工作原理简单（无球磨高速研磨），比现有的混合、研磨、CVD、静电组装等工艺更适用，设备简单，工艺条件温和，生产率高，生产效率高。适用材料范围广。 3. 通过SMART工艺制造的粉末通过形成MMSL表现出优异的流动性和负载能力而没有残留细颗粒，从而压倒了现有工艺制造的粉末。 4. 通过用变形的补充粉末包裹移植材料，防止了移植材料的直接激光曝光，这可能导致MAM过程中出现意外结果；因此，降低了MAM过程的复杂性。
