激光增材制造已经成为高性能复杂结构零部件制造的关键技术之一，在航空航天、武器装备、医疗产业等领域发挥重要作用。上海交通大学材料科学与工程学院王浩伟教授团队在自主研发的陶铝新材料的基础上，从增材制造材料-工艺-结构全流程入手，构筑了面向增材制造的材料成分设计理论，揭示了关键缺陷形成机制，建立了跨尺度形性调控方法，实现了大尺寸复杂功能结构一体化设计及成形，相关成果在Progress in Materials Science，International Journal of Machine Tools and Manufacture，Additive Manufacturing，Composites Part B: Engineering等高水平期刊上发表。

激光增材制造技术由于固有的快速加热和冷却过程，凝固组织通常会出现较大的柱状晶和周期性裂纹，引入纳米颗粒可以有效改善上述状况，然而当前对纳米颗粒增强金属基复合材料的研究主要集中在显微组织和力学性能方面。团队建立了热-力-流耦合模型，将数值模拟技术与单道熔池表征实验相结合，量化了纳米颗粒的引入对熔池特征和可打印性的影响，提供了一个理论框架来预测和筛选具有良好可打印性的金属材料。研究成果以A comprehensive model to quantify the effects of additional nano-particles on the printability in laser powder bed fusion of aluminum alloy and composite为题发表在Additive Manufacturing（IF=11.632，中科院工程技术大类1区）杂志上。

纳米颗粒的引入能够提高2024铝合金的可打印性，细化晶粒尺寸，增强构件力学性能，然而其对于晶粒组织的影响及晶粒细化水平尚不清楚。团队联合上海光源、英国伦敦大学学院、英国卢瑟福·阿普尔顿实验室，通过激光粉末床熔化（LPBF）技术制备出含不同TiB₂颗粒的2024铝基复合材料，发现引入不同含量TiB₂颗粒后，构件晶粒组织由单一的粗大柱状晶演变为细小的等轴晶-柱状晶双晶区晶粒组织，并提出了颗粒含量与等轴晶晶粒尺寸之间的定量化关系式。研究成果以The role of in-situ nano-TiB₂ particles in improving the printability of noncastable 2024Al alloy为题发表在Materials Research Letters（IF=8.516，中科院材料科学大类2区）杂志上，并入选期刊2022年Editor’s Picks。

除了专用材料体系的设计，开发合适的成形工艺同样关键，在高能量密度下形成的匙孔气孔会影响成形件的机械性能。团队基于原位X射线成像技术观察到的熔池和匙孔动态特征，建立了热-力-流耦合模型，揭示不同匙孔气孔的形成机制，同时探讨了粉末对匙孔、熔池和气孔形成特性的影响，并且基于高通量模拟建立了输入能量密度与孔隙数的关系图，为减少或消除LPBF过程中的孔隙提供了策略。研究成果以Understanding keyhole induced-porosities in laser powder bed fusion of aluminum and elimination strategy为题发表在International Journal of Machine Tools and Manufacture (IF=10.331，中科院工程技术大类1区)杂志上。

铝和铜等有色金属材料对传统红外激光具有较高的反射率，因此对于高反材料具有高吸收率的450nm蓝激光被寄予厚望。团队率先搭建了2000 W蓝激光增材制造原型系统平台，结合多源传感监测方法，确立了以熔池内部区域特征表征熔池冶金动力学状态的方法，构建了工艺参数-传感信号-熔池特征-冶金特性-关键质量间映射关系，成功实现了铝合金薄壁叶片结构的蓝激光粉末沉积成形。研究成果以2000W blue laser directed energy deposition of AlSi7Mg: process parameters, molten pool characteristics, and appearance defects为题发表在Virtual and Physical Prototyping（IF=10.962，中科院工程技术大类1区）杂志上。

激光增材制造金属构件的表面质量主要由球化、波纹和阶梯效应决定，但成形工艺参数对进一步提高表面质量作用有限，迫切需要开发更高效的电化学后处理方法。团队根据电化学抛光曲线不同区域，从最新电化学后处理方法及理论、影响因素、应用分析、与传统后处理方法比较、复合电化学后处理技术方面综述了电化学方法在增材制造金属部件的表面处理上的研究进展。研究成果以题为Application of electrochemical polishing in surface treatment of additively manufactured structures: A review为题发表在Progress in Materials Science（IF=48.165，中科院材料科学大类1区）杂志上。

激光增材制造技术为复杂结构设计和制备提供了前所未有的自由度，近年来具有复杂人工设计内部结构从而获得自然材料所不具备的奇异力学性能的机械超材料获得了广泛关注。团队与英国伦敦大学学院Chu Lun Alex Leung教授团队、加拿大麦吉尔大学Yaoyao Fiona Zhao教授团队合作，研究了蜂窝多层级结构的力学特性，提出了具备超高比吸能的仿生多层级球状点阵超材料，并基于数据驱动方式提出了具有复杂组分的纤维螺旋结构仿生超材料，使得材料在具备超高比吸能的同时又具备与橡胶类似的高回复能力。研究成果以Additively manufactured high-energy-absorption metamaterials with artificially engineered distribution of bio-inspired hierarchical microstructures, Data-driven design of biometric composite metamaterials with extremely recoverable and ultrahigh specific energy absorption等为题发表在Composites Part B: Engineering（IF=11.322，中科院工程技术大类1区）杂志上。

上海交通大学材料学院