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联合英国伦敦大学学院、加拿大多伦多大学及中国科学院上海高等研究院等单位，在异质金属激光搭接焊界面演化与气孔形成机制研究方面取得新进展。

相关成果以“Mechanisms of melt-pool interfacial evolution and pore formation in dissimilar-metal laser lap welding revealed by high-speed synchrotron X-ray imaging”为题，发表于国际学术期刊 International Journal of Machine Tools and Manufacture（DOI：10.1016/j.ijmachtools.2026.104456）。上海交通大学钱雨涵（博士研究生）为论文第一作者，王洪泽和唐梓珏为共同通讯作者。共同作者包括上海交通大学吴一、范贤强、王浩伟，中国科学院上海高等研究院付亚楠，多伦多大学Yu Zou，以及英国伦敦大学学院Chu Lun Alex Leung等。

异质金属焊接中，金属间化合物界面层的形成与内部气孔密切相关，但焊后表征难以还原其动态演化过程：在激光持续作用的熔池中，这层界面如何生长，又怎样改变气泡的迁移与逃逸？研究团队利用高速同步辐射X射线成像，直接追踪界面层与匙孔的相互作用，揭示了上下熔池间歇连通引发气泡捕获的机制，为异质金属激光制造缺陷控制提供了新的研究依据。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2026.104456

 文章介绍

异质金属激光焊接能够将不同材料的性能优势结合起来，在新能源汽车、航空航天等领域具有重要应用价值。然而，不同金属的熔点、导热能力和冶金相容性差异较大，焊接过程中容易形成金属间化合物和内部气孔，影响接头质量。现有焊后组织表征能够识别界面反应层的组成与形貌，数值模拟则有助于解释热量和熔体输运，但在快速变化的真实熔池中，界面层何时形成、怎样被扰动，以及如何改变气泡逃逸路径，仍需要直接的动态证据。

针对这一问题，研究团队优化了白光束能谱与成像配置，兼顾富铁区域的 X 射线穿透能力、异质界面对比和时间分辨率，以每秒8000帧记录焊接内部过程，并结合焊后扫描电镜、电子背散射衍射、三维X射线显微断层扫描及计算流体动力学分析，建立界面演化与最终缺陷之间的联系。

原位观察发现，在激光持续作用期间，Fe–Al界面可形成富含金属间化合物的固态层，将上部富铁液态熔池与下部铝液态熔池分隔，构成液—固—液分层结构。该层在熔池边界持续生长，并经历局部熔化和形态变化（图2，见视频1）。这一现象表明，在局部成分与温度条件适宜时，固态反应层能够与周围液体共存，并在焊接过程中直接参与熔池结构的演化。

图2 分层模式下的原位界面演化及液—固—液结构。

随着能量输入和匙孔状态变化，固态界面层会在局部被熔化、突破，上下熔池由相互分隔转为连通。研究据此识别出三种模式：界面层较连续、上下交换受限的分层模式，发生间歇局部连通的过渡模式，以及保持持续连通和跨界面混合的混合模式（图3，见视频2）。界面层的连续性及其被匙孔扰动的方式，决定了熔体能否跨越界面输运，也使气泡在不同模式下呈现出不同的迁移路径。

图3 匙孔突破金属间化合物界面层及熔池由分层向混合转变的过程。

焊后材料表征为界面层的物相与空间结构提供了进一步证据。扫描电镜揭示了不规则的金属间化合物界面层及局部针状组织，EBSD 确认界面细晶层主要为 Fe₂Al₅，其下方可见铝的柱状晶区域，与下层铝经历熔化后重新凝固的过程相一致。三维 X-CT 重构及截面对照进一步显示了界面层的连续性与起伏形貌，与原位观察相互印证（图4）。

图4 分层界面的焊后材料表征：SEM 形貌、EBSD 相分布与晶体取向、三维 X-CT 重构及截面对照。

其中，过渡模式表现出值得关注的气泡捕获行为。匙孔间歇突破将气泡带入下层铝熔池，气泡随后向后迁移，但残余固态界面层限制其向上逃逸，下层较弱的输运又使其难以及时返回连通区域。随着熔池凝固，未能逸出的气泡保留为气孔（图5）。这解释了为何局部连通并不必然有利于排气：气泡虽然能够进入下层，却未获得持续通向自由表面的输运路径。

图5 过渡模式下气泡向下注入、迁移及受阻捕获的原位图像与机制示意。

焊后三维 X-CT 与金相表征进一步显示，过渡模式试样的气孔主要分布于下层铝区域，并伴有散布的金属间化合物碎片。该试样提取的气孔直径约为40–300 μm，其空间位置与原位观察到的气泡注入及滞留过程相对应（图6，见视频3），为气泡捕获机制提供了相互印证的证据。

图6 过渡模式试样的三维气孔分布及 CT 切片、金相对照。

材料体系对这种界面行为同样具有重要影响。对比实验显示，Ti–Al 中也可观察到类似的分层界面与局部突破，而Cu–Al在所研究条件下未形成相同的液—固—液结构（图7）。相关金属间化合物与铝的特征温度关系，为固态反应层能否与下层液态铝共存提供了热学解释；实际结构还受到局部成分、传热和匙孔扰动的共同影响。

图7 Fe–Al、Ti–Al与Cu–Al体系的原位界面演化对比。

基于原位观测建立的模式分类，团队进一步结合激光功率、扫描速度、光斑尺寸及材料热物性，构建了物理引导的半经验Qc判据。通过一部分工况拟合模型系数与模式边界，并利用未参与拟合的工况检验分类结果，该判据在所研究的 Fe–Al、Ti–Al 薄板搭接条件下能够区分三种模式，为识别易发生气泡捕获的过渡区域提供参考。

该研究将界面反应的关注点由焊后金属间化合物层的组成与厚度，进一步拓展至其在焊接期间对熔池连通和气泡输运的动态作用，为异质金属焊接工艺窗口选择提供了机制依据。面向不同板厚和工程接头，仍需结合连接强度、熔合质量等要求开展进一步验证，逐步建立界面行为与接头服役性能之间的联系。

研究得到国家自然科学基金、国家科技重大专项、上海市自然科学基金、安徽省高校协同创新项目以及上海交通大学与宁德时代联合研发项目等支持。同步辐射实验依托上海光源BL16U2线站开展。

课题组介绍

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。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。多年来承担国防重点攻关项目、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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根据TCT深圳展主办方的数据，这届展会迎来了全面“翻倍”——

规模翻倍、观众翻倍、展商品类进一步扩容、同期活动翻倍。

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三天里，新老朋友再次相聚，新面孔不断加入，新产品、新技术、新应用集中亮相。不少企业选择在TCT深圳展发布面向华南、乃至中国市场的新品与全新解决方案。

从新设备首秀，到针对具体应用的方案发布，越来越多新成果在这里与市场见面，也让技术交流与商贸对接持续升温。

来自产业链上下游的不同声音，在这里碰面、交流，也在一次次深入沟通中碰撞出更多新的可能。

80+场同期论坛与活动贯穿三天展期。

数字医疗、齿科、低空经济、热管理与电子、AI+3D打印、商业航天、3D打印鞋履……不同领域的专业讨论在现场展开。

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三天里，交流也不只停留在展馆之内。

本届TCT深圳展组织3D打印产业深度交流团，带领香港德国宝、徕芬、广汽集团、特步、香港歌华等20余家香港及内地制造业企业，走进铂力特、大族、金石三维企业实地参访交流。

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2027

上海、深圳

我们明年见

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金属点阵结构因其轻质、高比强度、高比刚度、优异能量吸收能力、可调孔隙率和多功能集成潜力，已成为航空航天、生物医疗、汽车、能源等领域的研究热点。增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术——尤其是粉末床熔融中的选区激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）以及定向能量沉积中的激光近净成形（LENS）——为复杂金属点阵结构的可控制造提供了前所未有的设计自由度。然而，现有综述多停留在一般性概述，缺乏对技术选择准则、多拓扑结构微观力学机制以及固有性能权衡的深入分析。

发表于 Materials Today Physics（Volume 59, 2025, 101933）的这篇综述文章，由上海工程技术大学研究团队联合上海齐耀动力技术有限公司完成。

文章针对上述问题，系统构建了涵盖“技术—结构—工艺—组织—性能—应用—趋势”的全链条评述框架，首次面向性能需求对SLM、EBM、LENS 三种主流技术进行了量化技术选择比较，并深入分析了从传统桁架/板结构向三周期极小曲面（TPMS）等先进拓扑转变的范式意义，为高性能金属点阵结构的精准设计与可靠制造提供了系统理论框架和实践指南。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2025.101933

相关研究成果以“Additive manufacturing of metal lattice structures: A comprehensive review of technologies, mechanical properties, applications, and future trends”为题发表在 Materials Today Physics 上。

 三种金属增材制造技术对比

文章首先回顾了AM的定义、ISO/ASTM 七类划分及发展历程，展示了AM及点阵结构研究文献的快速增长趋势。随后，文章重点比较了SLM、EBM和LENS三种技术：SLM利用激光在惰性气氛中选择性熔化金属粉末，特征分辨率高（约20–100 μm），适合制造高精度桁架、板点阵和TPMS结构，但存在残余应力大、需支撑结构等问题；EBM在真空环境中利用电子束熔化粉末，基板预热温度高（600–1000°C），成型效率高、残余应力低、无需支撑，适合大规模高温合金点阵，但表面较粗糙；LENS采用同步送粉和激光熔化，适合大尺寸零件、功能梯度材料和修复再制造，但精度较低（约100–500 μm），难以制造精细微点阵。从分辨率、构建速率、构建体积、表面质量、支撑需求、常用材料、适用点阵类型及优缺点等维度对三者进行了系统对比，为技术选择提供了决策支持。

图1.增材制造的发展进程

 点阵结构的定义、分类与设计方法

文章将周期性点阵结构分为桁架点阵（TLS）、板点阵（PLS）和TPMS点阵三类。

桁架点阵由杆和节点组成，其力学行为可用Maxwell准则判断，分为弯曲主导和拉伸主导两类；板点阵以连续薄板或曲板承载，在低相对密度下刚度可达桁架结构的数倍，但存在粉末排出、支撑设计和最小板厚限制；TPMS点阵以数学隐函数定义，具有光滑、零平均曲率、自支撑、可调孔隙率和高疲劳寿命等优势，列出了Gyroid、Schwarz P、Schwarz D、Diamond、Neovius等典型TPMS的数学表达式。

图2.常见的TPMS晶格结构

文章指出，TPMS代表了从传统工程结构模仿向自然启发、数学最优几何设计的范式转变。此外，文章还讨论了功能梯度点阵、多尺度融合以及微/纳点阵（如双光子光刻、化学镀、原子层沉积、前驱体热解等）的独特尺寸效应和超高比强度。系统比较了三类点阵的变形机制、刚度/强度、能量吸收行为和失效模式；总结了拓扑优化、生成设计、AI/ML性能预测与逆向设计、多物理场仿真等先进设计方法的核心原理、优势与局限。

图3.不同激光功率和扫描速度对增材制造中晶粒大小的影响

 增材制造金属材料的组织演化与力学性能

文章第4章全面综述了增材制造金属材料的组织演化与力学性能。

快速凝固和反复热循环导致细晶、柱状晶、非平衡相和强织构，例如Ti-6Al-4V中形成针状α′马氏体，IN718中γ′、γ″和δ相析出行为受热循环影响。

文章系统分析了孔隙、未熔合、匙孔、热裂纹、冷裂纹、表面粗糙和球化等缺陷的形成机制及其对性能的影响，并指出工艺参数（激光功率、扫描速度、层厚、矢量长度等）对熔池形态、致密化和晶粒结构具有决定性作用。在力学性能方面，AM材料通常强度、硬度较高，但塑性、韧性和疲劳性能受缺陷、残余应力和各向异性制约；热等静压、退火等后处理可显著改善性能。在腐蚀性能方面，晶粒细化通常提高耐蚀性，但元素偏析、孔隙和粗糙表面会降低耐蚀性，添加石墨烯、SiC、TiC等增强颗粒可细化晶粒并稳定钝化膜。文章最后指出，AM金属材料面临“强度—塑性—韧性—疲劳—腐蚀—高温性能”之间的复杂权衡，需要从单一性能优化转向多物理场耦合的协同设计。

图4.(a) 激光功率、扫描速度和扫描层厚度对SLM制备的奥氏体不锈钢316L硬度的影响(b) 对 SLM 制造的 IN718、AS 打印样品以及三种热处理样品的建筑表面、侧面和边缘的显微硬度比较

图5.(a)、(b) 垂直表面的 Sa 值：(a) 相对于熔池的宽度；(b) 相对于熔池的深度；(c) 顶部粗糙度，处理速度为 100 mm/s；(d) 顶部粗糙度，处理速度为 400 mm/s

 增材制造金属点阵结构典型应用

航空航天领域利用点阵结构实现减重、承力、热管理和耐蚀设计，部分结构减重可超过50%，但制造可靠性、检测复杂性和长期疲劳数据不足仍是瓶颈；生物医疗领域利用点阵结构降低弹性模量、避免应力屏蔽、促进骨整合，TPMS骨支架和个性化植入体前景广阔，但长期疲劳、感染风险、取出困难和标准缺失仍需解决；汽车领域将点阵结构用于轻量化、碰撞吸能、电池热管理和结构集成，10%减重可带来约6–8%燃油效率提升；此外，能源热交换器、建筑、国防、体育用品和电子散热等领域也展现出广泛应用潜力，展示了点阵结构在航空发动机和骨科植入物中的应用案例。

 未来发展趋势与关键挑战

未来方向包括多材料打印、自动化与智能控制、高精度与高速制造、更多应用领域拓展等。关键挑战则包括：工艺标准化与质量一致性控制、缺陷形成机制与主动控制、跨尺度性能预测与数字孪生、多材料与功能梯度结构集成、可持续制造与全生命周期评估。文章指出，金属点阵结构增材制造必须从追求“极端性能”转向实现“可预测、可靠、可重复”的性能，通过设计、材料、工艺和后处理全链条协同创新，才能推动其大规模工业应用。

这篇综述以其系统性和前瞻性，为金属点阵结构增材制造领域提供了一份“技术—结构—性能—应用”全景图。其核心价值在于：第一，打破了以往综述偏重一般概述的局限，首次面向性能需求对SLM、EBM、LENS进行量化技术选择比较；第二，系统比较了桁架、板和TPMS三类点阵的微观力学行为、性能优势和失效机制；第三，深入阐明了增材制造点阵结构特有的“工艺—微观组织—性能”关系，总结了强度—塑性—韧性—疲劳—腐蚀之间的内在权衡；第四，结合航空航天、生物医疗、汽车等应用案例，指出了多材料、智能化、高精度和可持续制造等未来方向。

转载自：多尺度力学

文献信息

标题：Additive manufacturing of metal lattice structures: A comprehensive review of technologies, mechanical properties, applications, and future trends
期刊：Materials Today Physics
卷号：Volume 59, 2025, 101933

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一副智能眼镜，留给电子元器件的重量空间有多大？

重量这个看似简单的问题，其实是影响智能眼镜发展的关键因素之一。IDC报告指出，当前主流智能眼镜产品重量普遍控制在40克至50克区间。智能眼镜的重量直接影响消费者的佩戴舒适度，产品轻量化是影响这类产品普及的关键因素之一。

细分出来的运动智能眼镜，对减重有着更高的要求。传统运动眼镜不含任何电子元件时，重量就在25至40克之间，智能设备只有约15克余量可用于显示屏、电池和传感器。产品重量已迅速逼近甚至突破佩戴者能长期承受的极限。

那么，有没有一种方式，既能满足智能眼镜的功能需求，又能兼顾减重要求？钛合金与金属3D打印技术的结合，为智能穿戴眼镜的轻量化提供了一条可行路径。

本期谷·透视，3D科学谷以初创公司ENGO推出的一款运动智能眼镜为例，观察金属3D打印钛合金镜腿在轻量化设计中扮演的角色。

ENGO 运动智能眼镜

 仅28.9克的运动智能眼镜

ENGO近期推出的Engo Titanium AR眼镜，面向跑步者和骑行者，整镜重量28.9克。眼镜的镜腿采用金属3D打印钛合金制造，设计灵感源自航空结构，目标是实现轻量化与结构一体化。

此外，为控制重量，ENGO做出了明确的功能取舍：放弃摄像头、立体声扬声器和AI功能，将节省下来的重量预算投入电池续航，使眼镜单次充电可连续使用超过24小时。保留的功能集中在彩色OLED平视显示器上，用于实时呈现心率、配速、步频等核心运动数据。用户可通过配套应用程序配置训练方案，并在间歇训练等结构化课程中实时调整节奏，无需将视线从道路移开。

ENGO联合创始人埃里克·马塞兰-迪邦（Éric Marcellin-Dibon）表示：“我们的设计如此轻盈、浑然一体，以至于运动员会忘记自己戴着它，同时它仍能提供最相关的数据。”

这种“没有存在感”的佩戴体验，也反映出3D打印钛合金镜腿的价值：它不是锦上添花的外观件，而是参与整机轻量化设计的结构性部件。

 从技术验证到量产导入

ENGO的案例并非孤立事件。在消费电子制造体系中，金属3D打印钛合金在穿戴设备上的应用，正在部分场景中从技术验证走向量产导入。

国内精密制造企业立讯精密的布局值得关注。在钛合金智能穿戴领域，立讯精密的“3D打印钛合金表壳原材融合一体式加工开发”项目已进入量产阶段，研发重点放在精度控制、工艺稳定性、成本优化以及后处理工艺等方面。在AI智能眼镜方向，立讯精密公开资料显示，公司正通过金属3D打印结合精密后处理工艺，研发AI智能眼镜金属框架，旨在实现复杂结构的一体化快速制造。

从结构设计角度看，金属3D打印钛合金可以将镜腿做成中空、镂空或变截面结构，在承力区域保持强度，在非承力区域减重。这是传统工艺较难实现的设计维度。对于智能眼镜这类对重量高度敏感的产品，这种设计自由度具有现实意义。

 千万台出货量下的轻量化需求

智能眼镜市场正在快速增长。IDC数据显示，2025年全球智能眼镜市场出货量达1477.3万台，同比增长44.2%；其中中国市场出货量为246.0万台，同比增长87.1%。IDC预计，到2029年全球智能眼镜市场出货量将突破4000万台，中国市场份额五年复合增长率（2024—2029）将达到55.6%，增速位居全球首位。在AI眼镜出货量方面，DIGITIMES预估2026年将达到1750万副。

在3D打印眼镜这一细分赛道，市场研究机构也给出了预测。GII Research的报告显示，全球眼镜3D打印市场预计将从2025年的9.41亿美元增长至2034年的26.17亿美元，复合年增长率为12.03%。另一家机构The Insight Partners的预测更为激进：眼镜3D打印市场将从2025年的28.7亿美元增长至2034年的181.2亿美元，预计2026至2034年期间总潜在市场规模将达到约823.2亿美元。

当智能眼镜出货量迈入千万台，对轻量化结构件的需求将随之增长。虽然，金属3D打印钛合金镜框能否在短期内成为主流方案尚需观察，但在高端运动、定制化等细分产品中，它有机会从走向稳定的批量制造。

回到最初的问题：一副智能眼镜能留给电子元器件多少重量空间？在电池和芯片尚未出现革命性突破之前，靠结构设计减重去争取更多重量空间依然是重要的途径。金属3D打印钛合金未必适用于所有镜框设计，也难以单独解决智能眼镜的全部工程问题，但它至少为设计者提供了一条传统工艺之外的结构路径。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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Ti-6Al-4V（TC4）是增材制造领域应用最广泛的钛合金之一。然而，激光定向能量沉积（LDED）过程中的陡峭温度梯度和快速冷却，往往使材料形成粗大的外延柱状原始β晶粒、较强的晶体学织构以及针状或片层状α/β组织。这些组织特征不仅导致低塑性、加剧力学各向异性，还会影响局部滑移传递、应变协调和损伤萌生。

针对上述问题，哈尔滨工业大学黄永江教授以及宁志良教授联合香港城市大学杨涛教授采用预合金化AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金粉末作为多元素合金化源，在LDED制备TC4的过程中同步引入Al、Co、Cr、Fe和Ni元素。该策略的重点并非在TC4 中构建传统意义上的“高熵合金相”，而是利用不同溶质元素对凝固行为、相稳定性、元素分配和纳米析出的差异化作用，在一次原位合金化过程中实现多尺度组织协同调控。研究发现，在所考察的成分范围内，添加5 wt.%AlCoCrFeNi2.1的 TC4–5%原始β晶粒平均短轴尺寸由约314 μm 降至78 μm，α片层宽度由约357 nm细化至194 nm，同时形成适量片层间β相和平均尺寸约1.2 nm的α2–Ti3Al纳米析出相。同时该合金获得了最佳综合性能，屈服强度达到1180.4 MPa，抗拉强度达到1239.1 MPa，延伸率保持在11.3%，实现了高强度与塑性的显著协同。

进一步结合原位电子背散射衍射（in-situ EBSD）、滑移迹线分析和透射电镜（TEM）揭示了TC4–5%在拉伸过程中的晶格旋转、局部取向梯度演化、多滑移模式参与及损伤局域化行为，建立了“多元素原位合金化—多尺度组织调控—局部塑性响应—损伤萌生”之间的内在关联。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2026.104797

第一作者： 程子健

通讯作者： 宁志良、杨涛、黄永江

通讯单位： 哈尔滨工业大学、香港城市大学

论文题目：Multiscale microstructure regulation and strength–ductility response of a multi-element in-situ alloyed additively manufactured Ti-6Al-4V alloy

 图形摘要

多元素原位合金化驱动原始β 晶粒柱状—等轴转变，并通过α/β 层级组织调控、固溶强化、位错强化和纳米α₂ 析出，实现增材制造TC4 合金的强度和塑性的显著协同。

 论文亮点

（1）提出多元素一体化原位合金化策略。采用固定元素比例的预合金化 AlCoCrFeNi2.1粉末作为合金化源，在LDED过程中综合调控原始β晶粒形貌、α片层尺度、α/β相组成、溶质分配和纳米α2析出，拓展了增材制造钛合金的成分—组织设计空间。

（2）确定兼顾强度与塑性的最佳成分窗口。TC4–5%的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到1180.4 MPa、1239.1 MPa和11.3%。当添加量增至10 wt.%时，虽然屈服强度进一步升至1304.6 MPa，但延伸率降至5.7%，表明过度β稳定化会重新引发显著的强度与塑性的权衡。

（3）揭示高强度的多机制协同来源。α片层细化、多元素固溶强化和位错强化是主要贡献，平均尺寸约1.2 nm、体积分数约2%的α2–Ti3Al析出相提供补充强化。

（4）原位捕捉局部塑性与损伤演化。随拉伸应变增加，低角度晶界比例由5.55%增至31.2%，平均KAM值由0.44增至1.08；高KAM区逐渐向原始β晶界和三叉结集中，并与裂纹萌生位置相对应。

（5）定量评价了柱状—等轴转变判据。在本文TC4–x%合金系列以及所纳入的Ti–HEA文献数据中，生长限制因子Q与原始β晶粒形貌的相关性强于Scheil凝固区间ΔTS 和成分过冷参数P，为多组元原位合金化钛合金的成分设计提供了可参考的热力学指标。

 图文解读

从热力学设计到柱状—等轴转变

热力学计算显示，AlCoCrFeNi2.1的加入能够显著改变TC4 的凝固温区、溶质生长限制能力和相稳定性。研究据此选择TC4、TC4–2%、TC4–3.5%、TC4–5%和TC4–10% 进行实验对比，以寻找晶粒细化、相组成和力学性能之间的平衡区间。

TC4–x%合金的热力学预测，包括伪二元平衡相图、非平衡冷却条件下的凝固温区，以及TC4 和TC4–5% 的Scheil 凝固曲线。

实验结果表明，TC4–5%的原始β 晶粒长大受到明显抑制，晶粒长宽比降至约1.4，呈现显著的近等轴化特征。进一步的相关性分析显示，在本文涉及的成分序列中，生长限制因子Q与原始β晶粒长宽比的线性相关系数 R2达到0.88；加入已有Ti–HEA原位合金化数据后，R2仍达到0.87，高于 P和 ΔTS。

原始β 晶粒形貌与Scheil 凝固区间、生长限制因子 Q 和成分过冷参数 P的相关性。对于本文所考察的多组元快速凝固体系，Q 表现出更稳定的柱状—等轴转变预测能力。

5 wt.% 添加量实现最佳强塑匹配

不同添加量对应着清晰的成分依赖性力学响应。未合金化LDED-TC4 的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为854.3 MPa、920.5 MPa 和7.9%；TC4–2%和TC4–3.5%在强度提升的同时，将延伸率分别提高至11.9%和13.8%。TC4–5%则在延伸率仍高于10% 的前提下，将屈服强度提升至1180.4 MPa，表现出最有竞争力的高强度—塑性组合。

当添加量达到10 wt.% 时，材料的屈服强度和抗拉强度进一步升高至1304.6 MPa 和1411.3 MPa，但延伸率下降至5.7%，断口也由混合型韧性断裂特征转向更明显的脆性特征。这说明多元素合金化并非“越多越好”，相稳定性和层级组织必须被控制在合适窗口内。

LDED 制备TC4–x%合金的工程应力—应变曲线、真实应力—应变曲线、加工硬化率以及与已有变形、铸造和增材制造钛合金的强塑性能对比。

多尺度组织共同支撑高强度

EBSD重构结果显示，未合金化TC4中存在明显的粗大柱状原始β晶粒；加入5 wt.% AlCoCrFeNi2.1 后，原始 β 晶粒平均短轴尺寸由约314 μm 降至78 μm，降幅约75%。与此同时，α相和重构原始β 相的最大织构强度分别由5.05 MUD 和9.70 MUD 降至3.50 MUD 和4.45 MUD，表明晶粒近等轴化伴随着织构弱化。

LDED-TC4与TC4–5%的重构原始β晶粒、α相取向、极图及原始β晶粒短轴尺寸统计。TC4–5%表现出明显的晶粒细化、近等轴化和织构弱化。

TEM进一步揭示了更细尺度的组织变化：TC4–5%的平均α片层宽度由约357 nm 降至194 nm；Co、Cr、Fe和Ni优先向片层间β区域分配，Al则更多富集于α片层。在α基体内部，还观察到平均尺寸约1.2 nm、体积分数约2%的有序α2–Ti3Al 析出相。

TC4与TC4–5%的TEM对比，以及TC4–5%中的α/β层片组织、元素分配、α2超点阵衍射和纳米 α2 析出相统计。

基于实验组织参数的计算显示，TC4–5%中α片层细化、多元素固溶、位错和α₂ 析出对应的屈服强度增量估算值分别为116.4 MPa、113.2 MPa、157.6 MPa 和66.0 MPa，原始β晶粒细化的直接Hall–Petch 增量约为10.8 MPa。各项线性叠加所得预测屈服强度约为1318 MPa，高于实验值1180 MPa，说明不同强化机制并非完全独立，相关数值应作为半定量比较，而非严格的唯一分解。

原位揭示塑性变形的渐进演化

为理解TC4–5% 为何能在高强度下保留11.3%延伸率，在0%、1%、2%、3%、5%、7%全局应变及断裂状态下开展了原位EBSD 跟踪。随着拉伸进行，α晶粒发生持续晶格旋转，晶内取向梯度和低角度晶界逐步增加，表明塑性变形由初始滑移逐渐发展为更复杂的局部协调过程。

TC4–5%在不同拉伸状态下的原位EBSD取向图和极图。低角度晶界比例由初始状态的5.55%增至7%应变状态下的31.2%。

KAM结果进一步显示，材料的平均KAM值从初始状态的0.44升至1%应变时的0.68，并在7%应变时达到1.08。高KAM区首先出现在部分原始β晶界附近，随后不断扩展，并在高应变阶段集中于原始β晶界和三叉结。这些区域承受更强的几何约束和应变不协调，因而更容易发生位错塞积和损伤局域化。

TC4–5%在不同变形状态下的KAM 分布。高应变阶段的局部取向梯度明显向原始β 晶界及三叉结集中。

多滑移模式参与局部应变协调

滑移迹线分析表明，代表性区域内存在基面、柱面和锥面候选滑移系的局部参与；由5% 应变增加至7% 应变时，被归属于锥面<a>和局部锥面<c+a>候选滑移的迹线增多。需要强调的是，滑移迹线与Schmid因子只能提供几何相容性判断，实际滑移激活还受到临界分切应力、局部应力状态、相邻晶粒约束及α/β界面相容性的共同影响。

TC4–5%在不同变形状态下的表面滑移迹线、候选滑移系统计及沿选定路径的累积取向差。

原位观察发现，裂纹优先在原始β晶界附近萌生，并大致沿晶界扩展。当裂纹进入相邻α晶粒后，局部裂纹路径又沿深滑移带继续推进，晶界处的应变不相容与晶内滑移局域化共同参与了损伤演化。

TC4–5%裂纹区域的原位取向、KAM、重构原始β晶粒和裂尖形貌。裂纹萌生位置与原始β 晶界附近的高局部取向梯度相对应。

断后TEM 观察到α相中的<a>、<c>和<c+a>位错活动以及相邻β区域内的位错滑移，结果表明，高应变区可由多种局部变形模式共同承担塑性应变。研究区域内未观察到具有明确晶体学特征的变形孪晶，说明室温拉伸主要由位错滑移主导。

断裂后TC4–5% 的TEM 分析，显示α、β区域内的位错活动以及α/β界面附近的局部变形相互作用。

 总结与展望

本研究采用AlCoCrFeNi2.1辅助多元素原位合金化，对LDED制备TC4的凝固组织、相组成、纳米析出及局部塑性行为进行了系统调控。主要结论如下：

（1）5 wt.%添加量成功推动原始β晶粒由粗大柱状向近等轴形貌转变，平均短轴尺寸由约314 μm 降至78 μm，长宽比降至约1.4；在本文及所纳入的Ti–HEA数据范围内，生长限制因子 Q对该转变表现出较强的相关性。

（2）TC4–5% 同时具有细化的原始β晶粒和α片层、适量片层间β相以及纳米α2–Ti3Al析出相；当添加量提高至10 wt.%时，保留β相比例大幅升高并伴随明显塑性损失，说明5 wt.% 是本研究成分范围内更合理的综合平衡点。

（3）TC4–5% 获得1180.4 MPa 屈服强度、1239.1 MPa抗拉强度和11.3%延伸率。高强度来自α片层细化、多元素固溶、位错及纳米α2析出的共同贡献，其中α2析出属于补充强化机制。

（4）原位EBSD、滑移迹线和断后TEM共同表明，TC4–5%在变形过程中经历持续晶格旋转和局部取向梯度累积，多种滑移模式及α/β区域内的局部变形活动为应变协调提供了可能路径；在高应变阶段，损伤则优先向原始β晶界和三叉结等强约束区域局域化。

该工作说明，增材制造钛合金的强塑协同不能仅依赖单一晶粒细化或单一析出强化，而需要在凝固组织、α/β层级结构、溶质分配、纳米析出和局部变形能力之间建立可控平衡。多元素预合金化粉末为实现这种一体化调控提供了新的材料设计思路。

论文引用

Zijian Cheng, Yonggang Sun, Siyuan Cheng, Zhiliang Ning*, Tao Yang*, Jianfei Sun, Yongjiang Huang*. Multiscale microstructure regulation and strength–ductility response of a multi-element in-situ alloyed additively manufactured Ti-6Al-4V alloy.

International Journal of Plasticity, 2026, 205:104797.

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2026.104797.

作者信息

通讯作者：宁志良，教授，博士生导师，哈尔滨工业大学精密热成形全国重点实验室教师。先后主持承担国家自然科学基金面上项目、国家部委基金项目、科技部国际合作项目、黑龙江省科技攻关重点项目。获得省部级科技进步二等奖三项，发表论文140余篇，其中SCI收录80余篇，申报国家发明专利70余项，授权40项。

通讯作者：杨涛，现任职香港城市大学材料科学与工程系，国家自然科学基金优秀青年基金和香港研究资助局杰出青年学者获得者。长期专注于严苛环境服役金属结构材料的合金设计、组织结构调控和先进制造技术的研究。先后荣获IUMRS青年科学家，CMRS青年科学家等称号，并于2021-25年度连续入选美国斯坦福大学发布的“材料科学领域全球TOP 2% Scientists”榜单。已在Science, Nature, Acta Materialia等国际期刊发表学术论文220余篇，引用1.6万余次。先后主持国家自然科学基金、国家重点研发专项等科研项目30余项。

通讯作者：黄永江，哈尔滨工业大学教授，工学博士，博士生导师，英国皇家学会牛顿学者，黑龙江省高层次人才，中国金属学会非晶合金分会委员，精密热成形全国重点实验室副主任，中国热处理行业协会汽车钢分会副理事长。主要从事新型航天金属材料的增材/增减材智能制造、亚稳金属材料（包括非晶合金及其复合材料、轻合金、高熵合金等）、凝固理论及铸造装备等方向研究工作。获黑龙江省科技进步二等奖一项，黑龙江省自然科学二等奖一项，黑龙江省高校自然科学一等奖和二等奖各一项。在Advanced Materials、Acta Materialia、International Journal of Plasticity、Corrosion Science等国际著名学术杂志上发表SCI收录论文270余篇，被Science等权威杂志引用8520次（单篇最高SCI引用280余次），ESI高被引7篇，3篇入选封面论文，1篇论文入选中国知网高影响力论文，1篇论文入选Rare Metals杂志年度最佳论文，H因子46，申请国家发明专利82项，授权55项，担任8个国际期刊副主编/编委/青年编委。

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金属激光增材制造技术具备实现复杂构件高效精密成形的核心能力，目前已经在航空航天、国防、医疗等重要工业领域得到了成功应用。然而，由于涉及极端非平衡的快速熔凝过程，难以避免地会产生较多的孔隙、裂纹、表面几何缺陷及分层等制造缺陷。这些缺陷严重破坏了构件的致密度与力学性能，阻碍了其在高端装备中的更广泛应用。

因此，发展原位在线监测技术不仅是实时捕捉过程失稳征兆、深入理解缺陷机理的科学需求，更是实现主动质量控制、减少报废损失的工程前提，对推动增材制造走向高一致性生产具有跨学科的创新意义。

北京理工大学研究团队近日在《力学进展》期刊发表了《金属激光增材制造在线监测技术研究进展》一文，系统综述了多维度检测技术体系的构建，梳理了关键测试方法与技术的前沿突破。

论文链接：
DOI: 10.6052/1000-0992-25-027

 研究亮点

光学与热学监测体系的智能化：

重点探讨了可见光与红外光检测方法。可见光监测通过同轴或旁轴高速相机，能够直观捕捉微秒级熔池几何形态、飞溅及粉末床异常；深度结合卷积神经网络与物理信息神经网络，实现了从纯数据驱动向物理规则约束的缺陷智能分类跃升。红外光检测则利用双色高温计等设备非接触式捕捉热辐射，克服了复杂热物理变化中的发射率干扰，实现了三维热历史与应力场的高精度原位反演。

图1:不同的相机监测视角示意图. (a) LDED工艺下相机位置固定的欧拉视角(Hao et al. 2020), (b) LDED工艺下相机跟随激光器运动的旁轴拉格朗日视角(Feng et al. 2022b)

声学信号的深度特征解析：

针对LDED强气流噪声与LPBF相对安静环境的信号差异，梳理了基于声发射及麦克风传感器的声学监测技术。通过小波变换及深度学习算法的强鲁棒去噪处理，声学技术能够高灵敏地侦测亚表面裂纹扩展及微观孔隙的瞬态应力波特征。

图2: 基于声发射传感器的检测设备. (a)用于LPBF工艺的装置及信号(Kononenko et al. 2023), (b)布置于舱室内的麦克风装置(Yamashita et al. 2025)

多源数据融合与闭环控制机制：

鉴于单一传感器难以兼顾全视场高精度与高频响应，论文深度剖析了数据级、特征级与决策级的多模态传感融合策略。在此基础上，总结了利用自适应PID、模型预测控制等策略实施闭环反馈调节的最新进展，证实其在抑制动态热积累、修正沉积层高偏差及提高微观组织均匀性方面的显著成效。

图3:多传感器检测系统检测流程示意图. (a)用于LDED工艺的多传感器监测系统: 同轴相机和麦克风监测(Ren et al. 2025), (b)和(d)基于深度学习方法的熔池图像与声信号的融合, (c)用于LPBF工艺的麦克风、相机监测设备(McKinney et al. 2025)

 未来展望

当前缺陷在线检测的精度、速率和效率依然受限于多源异构传感器数据的时空配准难题以及多物理场信息同步检测的效率瓶颈。未来的研究需进一步聚焦于多传感探测技术与机器学习的深度协同，探索更具鲁棒性的特征级融合算法。同时，应重点推进物理信息引导的深度学习框架，并注重数字孪生驱动的全流程质量预测模型构建，以期为解决增材制造缺陷监测与宏观/微观跨尺度精度控制的共性问题提供可靠的解决途径。

来源：《力学进展》

论文引用

姜策, 封伟, 龙紫云, 王普祥, 赵今朝, 郑博, 谢惠民, 刘战伟. 金属激光增材制造在线监测技术研究进展. 力学进展, 2026, 56(3): 744-782

Jiang C, Feng W, Long Z Y, Wang P X, Zhao J Z, Zheng B, Xie H M, Liu Z W. Research progress on online monitoring technology for metal laser additive manufacturing. Advances in Mechanics, 2026, 56(3): 744-782
DOI: 10.6052/1000-0992-25-027

作者简介

刘战伟，北京理工大学教授、博士生导师，长期从事实验力学与增材制造领域先进光学测量方法、技术与系统的研究。曾担任基础力学实验中心北京市级实验教学示范中心主任。入选教育部新世纪优秀人才、欧盟资助的居里学者、闽江学者讲座教授等，担任中国力学学会实验力学专委会委员、北京力学会实验力学专委会副主任委员、SCI期刊Materials以及核心期刊《实验力学》等编委，先后主持国家自然基金重大科研仪器研制项目、面上项目、北京市自然基金等10余项。发表高水平SCI论文110余篇，授权发明专利30余项。获教育部技术发明一等奖和教育部自然科学二等奖等。

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RTX（雷神技术）作为全球航空航天与防务领域最具代表性的样本，其自建的 Q³+ 认证框架与公开披露的实践路径，为观察这一行业拐点提供了难得的切口。本文基于 RTX 最新材料，系统透视其认证体系的效率边界与五大结构性瓶颈，并在此基础上论证：认证范式正从统计实证向基于数字孪生模型的认证迁移。

▲雷神当前的四级认证体系
© 3D科学谷

 制造能力与认证能力之间的剪刀差

RTX（雷神技术）是由 Collins Aerospace、Pratt & Whitney 与 Raytheon 共同构成的跨民用航空、动力系统、防务体系的综合集团企业。拥有约18.5万名员工、886亿美元净销售额、100亿美元研发投入和6万余项专利；业务覆盖从商用航发、机载系统、热管理到传感器、防务系统的长链条能力。其竞争力不仅在单件产品性能，更在于认证体系、供应链控制、数据与适航资质所构成的高壁垒，使其同时服务商用航空的规模经济和防务市场的小批量、高可靠、长周期需求。

在增材制造上，雷神RTX的布局更像一条面向生产率、成本与认证件落地的产业化路线，而非单纯工艺展示。其判断是传统粉末床熔融仍将通过更高激光功率、更大成形腔体和多光束协同持续提升产能，同时以定向能量沉积、 binder jet、冷喷涂等工艺在分辨率—生产率—成本坐标中分工补位；材料端覆盖镍基高温合金、钛合金、铝合金、铜合金与钢，重点解决高功率稳定性、粉末/丝材闭环管理、材料复用和设计优化问题。

应用层面，雷神增材已渗透到发动机老机队备件接续、F119/F135/GTF等核心件维修、Collins紧凑热交换器的复杂内流道结构、TJ150低成本可消耗发动机，以及面向无人机的动力与机体结构；其核心价值在于把零件数量、交期和全寿命周期成本显著压低，同时保留防务与航空所必需的批次一致性、追溯性和适航符合性。

增材制造（AM）在航空航天与防务领域已进入规模化导入期。以 RTX 为样本：其将 AM 应用于发动机 sustainment（TF33/F100）、attritable 发动机（TJ150）、热交换器、系统升级与售后件五大产品线，但供给侧的制造能力与需求侧的认证能力之间存在显著剪刀差。根据雷神（ RTX） 披露的目标基准，增材制造零件的交付周期当前需要 1 至 3 年，而其目标状态是将这一周期压缩至 0.3 至 1.5 年——即现有认证流程占整个交付周期的大头，且存在数量级的压缩空间。与此同时，单件认证成本当前处于数万至数十万美元区间（RTX 内部分级为 $$–$$$$），目标则是将其下探一个成本档位（–$$）。值得强调的是，这一剪刀差并非 RTX 独有，而是 AM 产业化普遍约束的集中体现：设计—打印环节以天计，认证环节以年计；工艺窗口的快速演进与认证证据的静态特性之间存在根本矛盾。

这一剪刀差并非 RTX 独有，而是 AM增材制造产业化普遍约束的集中体现：设计—打印环节以天计，认证环节以年计；工艺窗口的快速演进与认证证据的静态特性之间存在根本矛盾。

 当前认证框架的效率边界

雷神RTX 自建了 Q³+ 认证框架（IQ/OQ/PQ + MQ），这是当前行业实践的成熟样本，其结构如下：

• IQ（安装认证）：面向设备，每台机器执行，成本最低；
• OQ（运行认证）：面向设备+材料组合，按变更风险分三级——L1 小型维护（1 轮打印+拉伸/粗糙度/孔隙/金相）、L2 大修或非关键参数变更（2 轮打印+疲劳）、L3 新设备或关键工艺参数（KPV）变更（3 轮打印、100+ 试样、端部疲劳）；
• PQ（性能认证）：面向零件，锁定零件级 PCD；
• MQ（材料认证）：建立非设备专属的材料性能数据库，作为材料规范依据，单项成本最高。

该框架的合理性在于风险控制的分层设计；但其成本结构暴露了一个关键事实：认证证据几乎完全依赖实物试样的统计积累。一次 L3 风险级别的OQ 运行认证失败的代价是 3 轮完整打印与 100+ 试样的沉没成本，叠加额外的工艺开发与资本投入。RTX 自己的应对方向——”characterization effort shifts to left”、”用 P-S-P-P 理解减少 Print & Break 循环”——实质上已经指向模型化，只是尚未形成体系。

进一步透视，瓶颈可归因于五个结构性问题：

1. 证据生产函数的规模不经济试样数量随置信度要求线性乃至超线性增长，认证成本无法随产量摊薄。

2. 知识不可迁移实物证据绑定设备×材料×零件三元组，换机即重认证（Q³+ 中 MQ 刻意设计为非供应商专属，正是为缓解此问题，但实物层面收效有限）。

3. 工艺冻结的刚性证据有效性依赖参数冻结，任何变更触发分级重认证——这是 L1/L2/L3 体系存在的根本原因，也决定了工艺创新必须支付”认证税”。

4. 组织知识资产化缺位：认证体系最大的隐性负债这是 RTX 在挑战清单中明确列示、却最容易被低估的一项：”Additive product incorporation experience impacted by rapidly changing work-force”——增材产品导入经验受快速流动的人员影响。

其传导机制值得展开：AM 工艺窗口的设定依据——为什么是这个激光功率、这个扫描策略、这个层厚——很大程度上存在于资深工程师的个体经验中，而非可复用的模型资产中。知识沉淀的载体是人，而人是最不可靠的知识库。 一旦发生人员流动，随之一并流失的包括：工艺窗口的历史决策依据、既往失效分析中积累的隐性规律、跨项目复用的工艺直觉。其后果在财务报表上体现为：新员工爬坡期的认证返工、工艺问题的重复性试错、以及为重建知识而重复投入的测试成本。

更重要的是，这一短板与问题 2、3 形成耦合放大：知识不可迁移（问题2）部分源于知识本就无法离开人；工艺冻结（问题3）之所以成为唯一可行的保守策略，正是因为组织缺乏将隐性经验显性化、模型化的能力——冻结不是选择，而是没有能力做可沉淀的的知识管理时的次优解。 RTX 以 RTX-wide 工作组和 Q³+ 标准化的组织手段弥补这一技术缺位，恰恰从反面印证了：认证效率的瓶颈不仅是测试成本，更是知识资产的形态问题。

5. 单点方案的遗产历史上 AM 以 point-solution 方式导入，每台设备、每个零件、每份工艺文件互为孤岛，标准化的增材流程缺位——这既是前四个问题的历史成因，也是其持续再生产的组织土壤。

 认证范式正向模型基础迁移

将雷神 RTX 的挑战与其披露的技术方向（PFMEA 风险评估、熔池监控、光电二极管、气流测量、飞溅预测、ICME 用于 MQ 与 OQ）交叉分析，可以识别出一条清晰的演进路径：监测→预测→模型化证据。

市场规模维度同样支持这一判断。AM 在 A&D 领域的应用正从单点方案（point-solution）转向平台化认证需求：RTX 明确将标准化的增材流程缺位列为核心挑战，并成立 RTX-wide 工作组推进 Q³+ 标准化。当头部 OEM 以组织手段弥补技术缺位时，说明模型化认证的基础设施（物理孪生、跨设备知识迁移、模型在环的配置管理）已成为产业链的基础设施。

 数字孪生为基础的认证范式改变

基于上述分析，SynaCore AM-DT 数字孪生平台在预认证方面的价值可从五个能力维度论证：

虚拟试样替代实物试错，直接压缩认证周期与试样数量

工艺窗口的虚拟遍历可将实物试样集中于信息量最大的敏感点，L3 OQ 的 3 轮打印可前置为虚拟筛选+针对性实测，认证周期与试样成本具备 50% 以上的压缩空间（对应 RTX 0.3–1.5 年目标的技术实现路径）。

跨设备知识迁移，破解换机重认证锁定

物理模型不绑定设备品牌。单激光/多激光、不同光斑与铺粉策略在同一物理方程体系下描述，材料级理解（对应 MQ）可跨设备复用，响应 RTX “Reduce number of MQs, Reduce cost of PQs” 的目标。

模型承载组织知识，对冲人员流动风险

认证数据与失效分析持续反哺孪生模型，知识资产随使用单调增值，将additive-culture从管理议题转为技术资产。

细化认证变更粒度

当工艺窗口可被模型实时描述与约束，参数变更的影响域可在孪生中先验评估，仅重测受影响部分——认证粒度从整机整工艺细化至参数—性能传递函数，P-S-P-P 理念由此落地，L2/L3 触发频率与范围同步下降。

认证资产回流设计端，认证从成本中心转为设计资产

经验证的工艺模型回流至设计环节，支撑设计阶段的可制造性评估，认证投入产生跨零件的复利效应——这是 RTX ICME 路线的延伸，但覆盖工艺—结构—性能全链条而非仅材料尺度。

 五、基于模型认证的范式迁移

雷神RTX 的 Q³+ 框架证明：AM 规模化的前提是工业化认证，当认证局限于固化，认证规模永远无法匹配制造规模。

SynaCore AM-DT 数字孪生正是在严谨认证框架之内承担释放生产力的角色，在 AM 增材制造产业化进入平台化竞争阶段的窗口期，这一能力构成差异化竞争的核心壁垒。

当证据生产仍依赖实物试样与统计抽样时，每一次破坏试验，都沉淀为沉没线性成本。AM 增材制造的规模化困境由此转化为认证经济学的困境：认证单位成本随规模不降反升，因为统计置信度要求随批量增长而提高，所需试样数量随之线性甚至超线性扩张。

SynaCore AM-DT数字孪生基于模型认证的范式迁移带来的颠覆是打破这一悖论的机制是证据的可计算化与可泛化：

证据从被测出来迁移为计算出来。数字孪生以高保真物理模型为内核，将工艺-组织-性能因果链显式化，使认证论据具有可审计的计算路径支撑；

证据从一次性成本变为结构性资产。一次标定形成的模型参数空间，可迁移至同族零件、相近材料牌号、不同打印布局，这最终带来的是认证的边际成本随知识积累而递减；

降低破坏性检测的需求：实物试验将提升模型可信度，通过数字孪生实物打印试验将承担模型校准（Calibration）与关键节点验证（Validation）职能，试验数量与 V&V 的置信框架直接挂钩，最终减少对打印零件的破坏性检测的需求。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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增材制造让制造商得以去中心化生产、缩短供应链、以自己的节奏塑造范式变化。即将于 10 月 22 日在新加坡举行的 NAMIC GAMS 2026（第15届，与 ITAP 展会同期），正是围绕这一命题展开：一方面从领袖视角回答 AM 行业去向何方，一方面从实践层面拆解如何走向工业规模。

▲GAMS 2026
© NAMIC

供应链迁移与地缘格局演变，正在重塑制造业的未来。在这场全球棋局中，AM 不再只是另一种制造工艺，而是构建更具韧性、敏捷与互联的制造网络。

上午场：开幕与全球视野

09:00 — 欢迎致辞Dr Ho Chaw Sing（A*STAR SERC 执行董事、NAMIC 新加坡 CEO）

09:15 — 主宾开幕致辞Mr Shawn Huang（新加坡财政部兼人力部高级政务部长）

09:25 — 谅解备忘录（MOU）、合作伙伴关系及联盟发布仪式

09:40 — 主题演讲：After the Reset: Applications, Alliances, and the Europe–Asia Opening（重置之后：应用、联盟与欧亚机遇）Mr Arno Held（Held Holding GmbH 创始人兼董事总经理）

10:00 — 全球领袖圆桌：AM Without Borders（增材制造无国界）

本场圆桌汇聚全球增材制造生态圈的 C 级高管，从技术提供商、投资者、制造商到终端用户的多元视角，探讨市场需求、技术创新、投资重点与产业采纳如何塑造下一阶段增长，以及 AM 如何在演进的地缘格局中增强制造生态的韧性、敏捷与互联。

• Mr Arno Held — Held Holding GmbH 创始人兼董事总经理
• Ms Kitty Wang — SynaCore 首席执行官
• Mr Chee Teck Lee — Moveon Technologies 首席执行官
• Michael Agam — Tulip Interfaces 亚太区渠道与联盟负责人
• 主持人：Mr Joris Peels（AM Research 咨询副总裁）

中午场：增材制造的工业化

本版块聚焦推动 AM 工业化的最新进展：新兴技术、成功的工业案例、标准与认证框架、可持续制造实践，以及工业级 AM 的未来方向。

11:35 — Additive Manufacturing Works When Everything Connects: Enabling the Industrialisation of Additive Manufacturing（万物互联，AM 方能成功：赋能 AM 工业化）Dr Karsten Heuser（西门子数字化工业集团增材制造副总裁）

11:45 — Industrialisation of Additive Manufacturing at Airbus: From Low-Volume Deployment to High-Rate Production（空客的 AM 工业化：从低产量部署到高速量产）Mr Julian Rascol（空客 Airbus Tech Hub 负责人）

11:55 — Alstom’s Digital Warehouse, the Path to a Globally Connected AM Ecosystem（阿尔斯通数字仓库：通往全球互联 AM 生态之路）Mr Lorenzo Gasparoni（阿尔斯通 3D 打印项目经理）

12:05 — Is Healthcare the Toughest Test for Industrial AM?（医疗是工业 AM 最严苛的试炼吗？）Dr Naomi L. Nathan（MGA 医疗健康部门负责人）

12:15 — 圆桌：Industrialising Additive Manufacturing: Technology, Standards and Adoption（AM 工业化：技术、标准与采纳）

• Dr Karsten Heuser — 西门子数字化工业集团增材制造副总裁
• Mr Julian Rascol — 空客 Airbus Tech Hub 负责人
• Mr Lorenzo Gasparoni — 阿尔斯通 3D 打印项目经理
• Dr Naomi L. Nathan — MGA 医疗健康部门负责人
• 主持人：Mr Daniel O’Connor（ManufacturingIQ 董事总经理）

下午场一：AI 赋能增材制造

本版块探讨 AI 技术如何将 AM 从原型工具转变为可扩展的生产方案——更智能的设计、更高效的生产、贯穿制造全生命周期的质量管控，解锁下一代智能数字制造。

14:05 — How AI is Reshaping Additive Manufacturing: From Automation to Autonomous Factory（AI 如何重塑 AM：从自动化到自主工厂）Mr Daghan Cam（AI Build 联合创始人兼 CEO）

14:15 — Why AI and Materials Intelligence Will Define the Next Era of Additive Manufacturing（AI 与材料智能为何将定义 AM 的下一个时代）Mr Mahendran Reddy（Fehrmann Tech Group / Fehrmann MaterialsX 全球生态系统高级副总裁）

14:25 — 主题演讲Dr George-Cristian Potrivitu（Aliena 联合创始人兼 CTO）

14:35 — 主题演讲Mr Hardik Dobariya（Factorem 联合创始人兼 CEO）

14:45 — 圆桌：Driving AI-Powered Additive Manufacturing from Innovation to Industrial Scale（推动 AI 驱动的 AM 从创新走向工业规模）
Mr Daghan Cam — AI Build 联合创始人兼 CEO

• Mr Mahendran Reddy — Fehrmann Tech Group / Fehrmann MaterialsX 高级副总裁
• Dr George-Cristian Potrivitu — Aliena 联合创始人兼 CTO
• Mr Hardik Dobariya — Factorem 联合创始人兼 CEO
• 主持人：Prof David William Rosen（A*STAR 资深首席科学家 III）

下午场二：面向未来的自主与自适应工厂

本版块探讨下一代工厂如何运用 AI、增材制造与机器人实现实时决策、预测性运维与自优化生产环境，构建能快速响应市场变化、提升生产力、质量与可持续性的智能制造生态。

16:05 — 主题演讲Mr Vincent Yang（铂力特 BLT 深圳总经理）

16:15 — 主题演讲Mr David Then（新加坡航空发动机服务公司 SAESL 工程副总裁）

16:25 — From Carbon to Silicon: Turning Intelligent Manufacturing into Customer Value（从碳到硅：将智能制造转化为客户价值）Dr Chia Boon Tat（Mencast Marine 首席技术官）

16:35 — 主题演讲Mr Qasim Ma（联想 LCFC 全球市场负责人）

16:45 — 圆桌：The Factory of the Future: Connecting Intelligence, Agility & Innovation（未来工厂：连接智能、敏捷与创新）
Mr Vincent Yang — 铂力特 BLT 深圳总经理

• Mr David Then — SAESL 工程副总裁
• Dr Chia Boon Tat — Mencast Marine CTO
• Mr Qasim Ma — 联想 LCFC 全球市场负责人
• 主持人：Mr Joris Peels（AM Research 咨询副总裁）

增材制造迈向产业化量产正在重塑制造的未来，需求在流向哪里？投资优先级与技术创新如何影响 AM增材制造的下一阶段增长？AM增材制造的下一个挑战是工业规模。哪些技术已具备广泛采纳的条件？哪些真实应用正在验证其价值？标准与认证在哪些地方仍构成摩擦？当前这波采纳浪潮之后又是什么？这正是GAMS为全球增材制造发展所打造的跨国界跨行业交流平台。（参会报名链接：https://industrial-transformation.com/ticketing-options/）

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一块布满较大开放孔隙的钛合金复合晶格材料放入水中，水可以从孔隙中穿过，它却能稳定浮在水面。即使经过压缩、整层晶格材料发生断裂，它仍能漂浮。这种看似矛盾的现象，是如何实现的？

澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT）增材制造中心马前杰出教授团队近日在《Advanced Materials》发表研究，将3D打印的中空钛合金骨架与低密度聚氨酯泡沫结合，制成一种既能承载、又能漂浮的开孔复合晶格材料，为金属晶格材料用于海洋漂浮结构提供了新思路。

论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.74641

 结构很轻，为何还会下沉？

金属晶格材料可以理解为由许多细小杆件连接而成、内部留有大量孔隙的立体框架材料。因此，它比同样外形尺寸的实心金属块轻得多。但“轻”并不等于“能浮”。

计算晶格材料的整体密度时，通常会把杆件之间的孔隙也计入总体积。放入水中后，水会进入这些孔隙，它们便不能像密封空腔那样持续排开水。因此，即使计算得到的整体密度低于水，开孔金属晶格材料仍可能下沉。

要让它浮起来，就需要在保留外部水流通道的同时，在结构内部留下能够阻止水进入、持续排开水的空间。

 把泡沫装进中空骨架

团队此前围绕中空杆金属晶格材料开展了系列研究，探索如何打印薄壁杆件、提高连接部位的强度，以及更有效地利用金属材料。这些工作为最新的漂浮设计奠定了基础。

中空杆件就像细小的金属管，内部通道相互连通。研究人员先用激光粉末床熔融金属3D打印技术制备Ti-6Al-4V中空杆晶格材料，再向通道内注入可膨胀聚氨酯。聚氨酯在其中发泡、固化，形成含有大量封闭小泡孔的低密度泡沫。

泡沫填在杆件内部，杆件之间的大孔隙则保持开放。这样，钛合金骨架主要负责承载，内部泡沫帮助结构排开水、提供浮力，水仍能从骨架之间穿过 （图1）。

图1：可漂浮的钛合金复合晶格材料及浮标演示件。

上图：中空钛合金骨架内部填充聚氨酯闭孔泡沫，外部孔隙保持开放，复合晶格材料实现稳定漂浮。

下图：采用这一设计制备的浮标演示件，在海水容器中的涡流扰动下仍保持漂浮，无需外部密封壳体或辅助浮力装置；左上方红色结构为该浮标的数字模型。

判断能否漂浮，要看骨架密度

为预测这种结构能否漂浮，团队提出了“骨架密度”设计框架。其核心是：计算密度时，不把水能自由进入的外部孔隙算进去，只考虑金属壁和内部泡沫共同组成的骨架。

将这部分骨架的总质量除以其总体积，就得到骨架密度。当它低于周围液体的密度时，结构便具备漂浮条件。

实验结果与这一判断一致：未填充泡沫的中空钛合金晶格材料全部下沉；填充后，骨架密度低于淡水密度的复合晶格材料稳定漂浮，并持续漂浮超过两个月 （图1）。

 骨架断裂后，为何还能浮？

研究人员还在压缩试验的不同阶段取出试样，重新放入水中。结果发现，即使杆件连接处开裂，乃至整层晶格材料断裂，试样仍能漂浮。

原因在于，泡沫内部包含大量彼此隔开的封闭小泡孔。金属骨架局部开裂后，水不会立即灌满整个内部空间，泡沫仍能保留足够的排水体积。因此，骨架受损并不意味着浮力马上消失。

不过，这种能力也有边界。继续压缩后，结构逐渐塌陷、压实，能够排开水的体积越来越小，试样最终下沉。研究表明，浮力丧失主要与结构被压实有关，而非裂纹导致的大规模进水。

 少量增重，换来漂浮功能

引入泡沫带来的增重较小：填充后，晶格材料的整体密度仅增加约6%–7%，压缩力学性能变化不大，钛合金骨架仍承担主要载荷。

在天然海水中浸泡两周后，漂浮试样的质量损失约为0.15%，压缩屈服强度和峰值强度的平均下降幅度均小于1%。

团队还制备了一个高100毫米、宽85毫米的浮标示件。在天然海水容器中，研究人员通过受控水体扰动测试其漂浮表现。浮标随水流绕自身中心轴转动约45°时，仍保持漂浮，无需外部密封壳体或辅助浮力装置（图1）。

从晶格材料试样到浮标演示件，这项研究展示了将承载、通水与漂浮功能融入同一结构的可能性，为海洋浮标及其他漂浮结构的设计提供了新思路。

论文信息

Jordan Noronha et al.，Breaking the Surface: Buoyant Metal–Polymer Open–Cell Hybrid Lattice Metamaterials，《Advanced Materials》（2026）。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74641

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激光粉末床熔融（LPBF）过程中，金属材料经历快速凝固与复杂循环热历史，其相变路径和动力学行为显著偏离传统平衡条件。对于高碳工具钢而言，马氏体转变直接决定其最终组织与性能，但传统离线表征只能获得凝固后的最终组织，难以直接捕捉毫秒尺度下奥氏体形成及其向马氏体转变的动态过程。因此，快速凝固条件下马氏体如何形核、生长以及工艺参数如何调控其转变行为仍缺乏直接实验依据。

近日，苏州实验室张华悦博士与英国南安普顿大学陈博教授合作，在该领域取得重要进展，利用高速原位同步辐射X射线衍射技术，实时追踪了M50工具钢在LPBF激光熔化、快速凝固及后续冷却过程中的相变行为，首次在增材制造钢中直接揭示了显著的阶梯式马氏体转变。

相关成果以“Stepwise Martensitic Transformation in Tool Steel during Laser Powder Bed Fusion Revealed by Operando X-ray Diffraction”为题发表于发表于增材制造领域期刊《Additive Manufacturing》。

论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860426002496

原位同步辐射实验直接捕捉了M50钢由液态向固态转变的瞬态过程。随着激光经过探测区域，原始固态衍射信号完全消失；激光离开后，首先出现的是奥氏体衍射峰，而平衡条件下预期形成的δ铁素体以及碳化物均未被检测到。结合奥氏体晶格参数反演获得的瞬态热历史表明，LPBF凝固初期冷却速率达到10⁵ ℃/s量级。如此极端的非平衡凝固条件显著改变了传统M50钢的凝固路径，使奥氏体能够直接由液相形成，并抑制δ铁素体及碳化物的形成。

图1 LPBF过程中M50钢的原位衍射信号演化及热循环特征

图2 LPBF过程中M50钢的瞬态温度及不同工艺条件下冷却速率演化

随着温度进一步降低，原位同步辐射捕捉到了该研究最关键的现象：奥氏体向马氏体的转变并不是连续、平滑进行，而是表现出多个明显的突发增长与短暂平台交替出现的阶梯式特征。转变早期，马氏体在短时间内快速形成；经过短暂的停滞后再次发生明显增长，而随着转变不断推进，其增长速率逐渐降低并进入较为缓慢的后期转变阶段。

图3 原位同步辐射揭示LPBF M50钢的阶梯式马氏体转变行为

图4 马氏体特征衍射峰、晶格参数及四方度在LPBF过程中的动态演化

图5 LPBF M50钢打印态马氏体组织、残余奥氏体分布及力学性能

该研究利用高速原位同步辐射X射线衍射直接解析了M50工具钢从液态凝固、奥氏体形成到马氏体转变的完整动态过程，揭示了极端冷却条件下δ铁素体和碳化物形成受到抑制，并首次在LPBF钢中观察到阶梯式马氏体转变行为。研究进一步将马氏体转变动力学与碳再分配、自催化形核及奥氏体机械稳定化联系起来，为理解增材制造钢在极端非平衡热历史下的相变机制提供了新的实验依据，也为通过LPBF工艺参数主动调控马氏体组织及性能提供了理论基础。

该研究工作获得了瑞士保罗谢尔研究所Steven Van Petegem研究员和北京航空航天大学彭徽教授的指导支持。苏州实验室张华悦助理研究员为本文第一作者，南安普顿大学陈博教授为共同通讯作者。

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