机械|多材料结构的增材制造（3）( 三 ) 打印机|生物医学|激光器

磷酸钙的加入使凝固晶粒结构从基体侧的柱状钛晶粒转变为外部的等轴钛晶粒。当扫描速度从15?毫米/秒至10毫米/秒毫米/秒，涂层硬度从882增加?±?67至1049?±?112 HV ，因为涂层中磷酸钙的体积分数增加。在磨损研究期间，磷酸钙还形成了一层摩擦膜，大大降低了磨损条件下的摩擦系数，并限制了材料损失。主要假设是，在工业纯钛（CP-Ti）和Ti6Al4V合金中通过激光加工添加磷酸钙（CaP）可以减少磨损时的材料损失。由于CaP的固体润滑剂性质，原位CaP摩擦膜形成会产生这种保护。当磨损量为10%时， CaP摩擦膜的磨损率降低了92%?将重量百分比CaP添加到CP Ti中。研究发现，添加CaP可以稳定CoCrMo合金的ε（HCP）相和更常见的γ（FCC）相。还存在不连续的碳化铬相。在磨损试验期间，发现表面上形成了一层摩擦膜，从而减少了Co和Cr离子的浸出。 CoCrMo-3%CaP复合材料的磨损率为CoCrMo-0%CaP复合材料的三分之一。摩擦膜的形成基本上将CoCrMo-CaP系统转变为原位自保护系统。
这些例子通常遵循相同的处理思想，即在一个步骤中将增强/涂层材料沉积到基板材料上，以提高基板的整体性能。这与过去的MMC甚至陶瓷-陶瓷复合材料的研究形成了对比，在这些研究中，一些研究小组利用直接书写技术、自由成形技术、机器人铸造技术和FDM技术，作为制造最终零件的一步，这些零件将从基板材料中移除。在大多数例子中，零件的几何形状是用陶瓷浆料来创建的，然后需要烧结和致密化来创建最终的连贯零件。尽管这是一个多步骤的制造过程，但通过主动混合可以制造出多种陶瓷或金属/陶瓷复合材料的复杂结构。例如，制备了BaTiO3、BaZrO3和SrTiO3三元混合物以及Ni-BaTiO3复合材料结构。只需为每种氧化物组合制备一种油墨，就可以得到15种不同比例的氧化物陶瓷，并在喷嘴中动态混合以改变摩尔比。通过x射线衍射证实，烧结结构呈现出均匀的钙钛矿相，混合技术显示出以可预测的方式混合多种材料的巨大潜力。
尽管在性能上有了很大的改进，但这些极其坚硬的金属陶瓷结构在制造过程中存在一定的问题，主要是由于快速凝固过程中产生的巨大热冲击而导致的开裂。在多材料金属和陶瓷AM完全集成到可再生和可靠的现代制造中之前，还需要进一步改进。该课题的进展和研究已经开始增加科学界对金属-陶瓷相互作用的理解，主要是MMC ，在AM 。如DLD和LENS等工艺已被研究，以使MMC作为大块合金或涂层。 DLD可以在沉积前通过添加第二种金属或通过混合粉末来强化颗粒来制备MMC 。同样，它可以在构建中的任何点添加这些增强粒子，以将部件定制为应用程序所需的确切属性。然而，预结合粉末并不是获得独特的材料和相混合物以获得显著性能改进的唯一方法。反应性激光键合工艺也允许使用传统工艺无法产生的新型MMC ，可以产生具有令人印象深刻的机械性能的结构。
6. 反应过程
通常在任何熔化和凝固制造过程中，环境控制是很重要的，要控制与环境发生的任何氧化或其他反应，以消除反应产物。通过保护气体或在惰性气氛中操作的大气控制被广泛应用于当前的焊接实践中，以减少氧化。然而， MM-AM利用这种反应的优势，使材料与环境或系统中存在的另一种材料发生反应。反应直接能量沉积AM工艺在构建过程中或原位利用各种材料的氧化动力学和反应产物。当系统按照描述的一层一层的方式构建一个部件时，用于熔化材料的能量输入引发了两种材料或环境之间的反应，从而创建了一个包含每一种材料以及反应产物的结构。与环境的反应，加上在室温下保持高温相的快速凝固过程，会产生传统制造中难以产生的不同相。相的类型和浓度可以通过改变制造过程中应用的总能量输入和改变预制粉末的组成来控制。由于反应过程环境可控，且易于实现多材料反应，该工艺已被广泛应用于DLD技术中。