上海交大特材所 l 增材制造用粉末全生命周期综述

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增材制造行业正在朝着更加可持续的方向发展，用粉末全生命周期的视角来综合推动行业发展将走向量化方式，随着粉末循环利用技术不断进步，大数据和人工智能在粉末管理中的应用也越来越广泛。这些趋势不仅有助于降低成本，还能减少对环境的影响，提高整个生产过程的效率和可持续性。”

近日，上海交通大学材料科学与工程学院特种材料研究所团队在材料领域著名期刊《材料科学进展》（Progress in materials science, IF=33.6）上在线刊登了题为“Metal powder atomization preparation, modification, and reuse for additive manufacturing: A review”（doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101449）的综述文章，文章全面地梳理了增材制造金属粉末制备、性能评价、改性及再利用的研究进展，提出了面向大生产时代批量化增材制造应用的粉末全生命周期性能提升及成本降低策略，为提升金属增材制造产品竞争力提供新思路、新方法。

该论文以上海交通大学为第一完成单位，上海交通大学博士生任芃源和欧阳昱为共同第一作者，王洪泽副教授为通讯作者，共同作者还包括博士生母杰瑞、罗升，唐梓珏助理研究员，吴一副教授，王浩伟讲席教授，伦敦大学学院Chu Lun Alex Leung教授，里斯本新大学J.P. Oliveira教授，多伦多大学Yu Zou教授。

当前，大量有关金属增材制造的研究集中在打印工艺参数，扫描策略等领域，而金属粉末作为增材制造的关键原料，在粉末能量沉积（DED）和粉末床熔融（PBF）等以金属粉末为基础的增材制造工艺中尤为重要。然而，目前尚缺乏对增材制造用粉末全生命周期研究进展的总结。该综述对增材制造粉末的制备方法、改性以及再利用进行了详尽的总结，批判性地讨论了典型粉末制备技术的研究现状，并对粉末特征表征方法、粉末特征对增材制造性能的影响进行了归纳，对比了现有的粉末改性方法及效果，探讨了增材制造中粉末的再利用，包括再利用策略、效果以及可再利用性的评估，如图1、图2所示。

图1 增材制造金属粉末全生命周期及关键要素

图2 金属粉末在增材制造中的生命周期总体架构

通过该综述的研究工作，团队总结了未来增材制造粉末相关方向可能的发展趋势。在粉末制备方面，金属粉末制备技术将朝着多元化发展，如多级雾化，混合雾化等，以克服传统单一方法的局限性，提高粉末质量；结合计算流体动力学模拟的应用，新型制粉设备也将更精确地控制粉末形态，提升制粉效率。在粉末性质方面，运用原位观测手段（如X射线动态成像等）实时监测生产过程，以确保粉末在全周期内保持稳定性能；最终将在此基础上建立普适的标准化评价体系。在粉末改性方面，重点将放在开发高效低成本的新改性方法，确保添加剂和元素的均匀分布上；结合传感器和人工智能技术，粉末的质量监控和再利用效率将得到进一步的提升。而在再利用方面，粉末的循环利用将不再仅考虑经济效益，还将兼顾环境影响，通过减少新粉需求、优化废粉处理等方式，提高再利用率；大数据与人工智能算法也将在粉末管理和再利用策略中扮演关键角色，通过预测粉末的重复使用周期及其对构件性能的影响，从而优化粉末的重复使用管理策略。

图3 增材制造粉末的未来展望

该工作得到了国家重点研发计划（2023YFB3712003）、国家自然科学基金（52441503, 52075327,52105469）、中国商用飞机制造工程中心创新基金（编号：3-0410300-031）的支持。

上海交通大学材料学院特种材料研究所是金属基复合材料国家重点实验室的重要组成部分，由王浩伟讲席教授任负责人，与国际著名大学和大型企业建立多个联合实验室。研究所主要从事新型特种材料的设计、制备及其成形技术研究，支撑了多项国家重大工程需求，在航空航天和汽车轨交等多领域获得广泛应用。多年来承担重点研发计划、民机预研、民用航天预研、国家自然科学基金及国际合作项目等五十余项。在国内外学术刊物上发表学术研究论文近300篇，获授权中国国家发明专利100余项。先后获得教育部技术发明一等奖、上海市技术发明一等奖及中国有色金属工业技术发明一等奖。研究所秉承“创新创造、科研报国”的精神，胸怀祖国、服务社会，面向世界科技前沿、面向国家重大需求，砥砺前行、勇攀高峰。

团队现长期诚聘激光增材制造/激光成形工艺和装备、增材制造材料表征（微观组织、力学性能、疲劳）、增材制造过程同步辐射成像、增材制造超结构等方向博士后。联系人：王洪泽 (hz.wang@sjtu.edu.cn)。

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