金属3D打印技术凭借其快速成型、复杂结构制造等优势，已成为航空航天、医疗等领域的关键制造手段。然而，层间结合强度不足、孔洞、裂纹等缺陷仍是制约其大规模应用的核心瓶颈。本文从缺陷成因分析入手，结合材料特性、工艺参数及后处理技术，系统阐述层间结合强度的优化路径。
粉末质量不均：粉末粒径分布过宽（如＜15μm或＞53μm）、空心粉率高、氧含量超标（＞100PPM）会导致熔池不稳定，形成孔洞或裂纹。例如，氧含量超标的316L不锈钢粉末打印件冲击韧性下降40%，耐腐蚀性显著降低。
陶瓷颗粒添加问题：在金属基复合材料中，陶瓷颗粒与金属基体的化学反应（如元素析出）、尺寸分布不均或涂覆工艺缺陷（如机械研磨导致结合力不足），会破坏熔池稳定性，形成微观缺陷。
能量输入不足：激光功率过低或扫描速度过快导致熔池不充分，相邻轨迹重叠不足，引发层间未熔合（Lack of Fusion）。例如，铝合金7075在低能量密度下易出现宏观裂纹，极限抗拉强度（UTS）仅47MPa。
熔池波动失控：激光功率过高或扫描策略不当引发熔池剧烈波动，导致球化效应（Balling）和飞溅（Spatter）。球化效应破坏铺粉均匀性，飞溅颗粒沉积在层间形成微观缺陷。
层厚与扫描间距失配：层厚过大（如0.1mm）或扫描间距过宽（＞熔池宽度90%）会导致层间结合薄弱，形成“漏焊”现象。
气体包裹：粉末表面吸附的水分或惰性气体保护不足，在熔化过程中释放气体形成气孔。例如，钛合金打印中，飞溅颗粒的氧含量增加8%，氮含量增加67%，显著恶化材料性能。
设备稳定性不足：激光器功率波动、光学系统误差或机械振动导致熔池能量密度分布不均，引发层间结合缺陷。
粉末质量控制：选用球形度高、粒径分布均匀（15-53μm）的粉末，严格控制氧含量（＜100PPM）和空心粉率。例如，鞋模专用316L不锈钢粉末通过工艺优化将氧含量降至100PPM以内，冲击韧性提升至130J/m²。
复合材料设计：针对铝合金等易裂材料，引入原位反应生成强化相。例如，山东大学团队通过添加TC4和B粉末，在LPBF工艺中原位生成Al₃Ti和TiB₂，使Al7075合金的UTS提升至460MPa，延伸率达13%。
激光功率与扫描速度匹配：
不锈钢（316L/17-4PH）：功率250-300W，扫描速度与功率比值0.6-0.8 W/(mm/s)。
钛合金（TC4）：功率300-350W，比值0.8-1.0 W/(mm/s)。
高温合金（Inconel 718）：功率350-400W，需更高能量穿透氧化层。
层厚与熔深控制：层厚0.03-0.05mm时，熔深需≥层厚1/3；层厚0.1mm时，需高功率（＞350W）确保熔深达标。
扫描策略创新：采用变密度扫描、棋盘式扫描或旋转扫描策略，减少残余应力集中。例如，某航空零件通过相邻层扫描方向错开90°，使层间强度波动从±15%降至±5%。
热处理：退火（150-200℃）可消除316L不锈钢层间应力30%，结合力提升15%；TC4钛合金经250-300℃预热可减少α相析出，提升韧性。
热等静压（HIP）：在1000℃+100MPa条件下压实内部孔隙，使航空航天零件的UTS提高10%-15%，疲劳寿命显著延长。
表面处理：喷砂、抛光或电镀可改善表面质量，同时通过冷喷涂技术在层间引入金属颗粒，增强结合强度。
熔池监测：采用高速摄像或红外传感器实时监测熔池尺寸、温度和流动性，动态调整激光参数。例如，卡内基梅隆大学通过声发射和热辐射传感器，结合机器学习算法，实现熔池缺陷的实时检测。
层间检测：利用原位CT扫描或超声波检测技术，识别层间孔隙或裂纹，结合机器学习算法实现缺陷自动分类与工艺修正。
金属3D打印的层间结合强度优化需从材料、工艺、设备到后处理的全链条协同创新。随着AI驱动的工艺参数智能优化、多材料复合打印技术的突破，以及数字化闭环制造系统的普及，金属3D打印将逐步实现从“结构可行性”到“性能可靠性”的跨越，为高端装备制造提供更高效的解决方案。
Not search wanted articles
