於之杰, 徐碧涵, 王向盈, 孫啟星, 王艷飛

（1.中國航空研究院 技術(shù)研究六部，北京 100029；2.西安交通大學(xué) 航天航空學(xué)院，西安 710049）

綠色航空是在航空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國家雙碳目標的重要途徑，減輕飛行器結(jié)構(gòu)質(zhì)量、提高飛行效率、降低燃油消耗率是綠色航空的重點發(fā)展方向。目前，結(jié)構(gòu)輕量化主要依賴于輕量化材料的應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。然而，由于傳統(tǒng)制造工藝方法的限制，結(jié)構(gòu)減重效果已達到一定的瓶頸，且許多優(yōu)化結(jié)構(gòu)的制造難以實現(xiàn)，或是加工及裝配成本過高而無法實際應(yīng)用。增材制造（additive manufacturing，AM）能夠?qū)崿F(xiàn)零件的無模具快速成形，避免了模具制造的時間和費用，同時由于增材制造是在零件表面上逐層堆積材料，使得加工過程中的加工余量大幅減少，材料利用率更高。增材制造方法對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造尤其具有優(yōu)勢，這使得其在航空航天等需求先進制造的領(lǐng)域中大放異彩，受到廣泛關(guān)注[1-4]。對于這些零部件，如使用傳統(tǒng)制造工藝，鑄造需有制模脫模的繁瑣過程，減材制造會耗費大量的材料，造成刀具磨損，零件裝配也會引入需要額外考慮的因素。因此盡管當(dāng)前的增材制造尤其是金屬增材制造技術(shù)尚不完善，但這一新方法已經(jīng)在許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，例如具有內(nèi)部流道的航空或火箭發(fā)動機部件，以及一些結(jié)構(gòu)承載連接部件[5-6]。增材制造的應(yīng)用極大優(yōu)化了這些場景的傳統(tǒng)制造產(chǎn)品，具有輕量化、高效率、少裝配等獨特優(yōu)勢，使得增材制造在許多領(lǐng)域內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，且其在航空領(lǐng)域的發(fā)展尤為重要，當(dāng)前，越來越多的科學(xué)家和工程師正在關(guān)注這一技術(shù)中的科學(xué)問題、應(yīng)用和未來發(fā)展[7-9]。然而，作為一種金屬制造的新方法，其中仍然有大量懸而未決的科學(xué)問題需要研究，其中，制造缺陷、殘余應(yīng)力、表面質(zhì)量、微觀結(jié)構(gòu)是制約增材制造走向更廣闊應(yīng)用的主要問題。這些問題的解決將有望進一步提升增材制造材料性能，擴大增材制造工藝在航空材料與結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用范圍，提高飛行器結(jié)構(gòu)的比強度/剛度和疲勞性能等。

本文主要從增材制造材料的微結(jié)構(gòu)和金屬材料的尺度效應(yīng)角度出發(fā)，介紹國內(nèi)外學(xué)者在增材制造的工藝、材料微結(jié)構(gòu)、跨尺度力學(xué)性能等方面的研究，并著重介紹具有不均勻結(jié)構(gòu)的金屬材料上的尺度效應(yīng)強韌性研究，同時指出未來在增材制造工藝、材料微結(jié)構(gòu)控制和對應(yīng)的材料性能提升等科學(xué)與工程結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)可能的研究方向。

1 增材制造材料的不均勻結(jié)構(gòu)

金屬增材制造涉及粉材/絲材熔化、凝固的制造過程和“離散-堆積”的逐點累積的特殊工藝，因此增材制造的材料在均勻性上，不論是宏觀還是微觀角度，都遠遠不及鑄造、鍛造等傳統(tǒng)方法制造的材料。這使得增材制造的材料在彈塑性性能、各向異性、疲勞斷裂性能等多方面都與傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的材料有所不同[11]。

增材制造在宏觀尺度具有最典型的各向異性。除人為設(shè)計的非均勻結(jié)構(gòu)外，增材制造中最顯著的非均勻特性在于，其逐層制造堆疊的特性所導(dǎo)致的材料在層內(nèi)與層間的差異，這種非均勻性的特征長度一般在毫米量級。一般來說，堆疊方向上的主要力學(xué)性能顯著弱于面內(nèi)。Carroll 等[12]在定向能量沉積（directed energy deposition，DED）方法制得的Ti-6Al-4V 樣品中的不同方向和位置發(fā)現(xiàn)，鑄造基底、打印材料的下部、上部的橫縱向樣件中都表現(xiàn)出了不盡相同的強韌性性能。這種非均勻性也是增材制造材料中最宏觀、最直觀的非均勻性，對于非均勻受力的材料，通常可以通過調(diào)整零件打印方向的方法避免讓較弱的層間承擔(dān)主要載荷。

在介觀尺度，增材制造樣品的各向異性主要來自逐點成形的熔池幾何。此外，由于金屬增材制造都依賴于金屬粉材或絲材在激光或電弧等能量下熔化，形成熔池并快速凝固，因此在微觀尺度，材料也通常會形成類似于焊接的魚鱗紋等非均勻表面[13]，這種非均勻性的特征長度通常在亞毫米量級（圖1）。由于激光掃描間距通常總是小于光斑直徑，且鋪粉厚度也應(yīng)小于光斑直徑才能保證粉末都已燒結(jié)凝固，因此除掃描路徑上的熔池凝固會產(chǎn)生一定的周期性非均勻結(jié)構(gòu)外，與路徑垂直的方向上也會產(chǎn)生不同的形狀與力學(xué)性能，帶來微觀非均勻結(jié)構(gòu)以及介觀各向異性。

圖1 增材制造金屬材料熔池凝固產(chǎn)生的魚鱗紋樣微觀非均勻結(jié)構(gòu)[13]Fig.1 Microheterogeneity of fish scale pattern produced by solidification of melting pool during metal AM [13]

以上兩種非均勻性具有顯著的宏觀、介觀尺度的“幾何”特征，即非均勻結(jié)構(gòu)具有特定的方向和形狀，這種不均勻性帶來的優(yōu)勢和劣勢都可以通過設(shè)計來揚長避短，例如在通常的激光增材制造工藝中，在打印一定層數(shù)后激光的掃描方向會逐漸轉(zhuǎn)變，從而一定程度上降低這種宏觀尺度的非均勻性。但除此以外，金屬材料由于其晶體性質(zhì)，在微觀還具有一些更小更不易控制的非均勻因素，而這種非均勻性在增材制造的金屬材料中更為顯著，研究并利用這種微尺度非均勻性是金屬增材制造技術(shù)中的重要課題。同時，只有進一步提升增材制造材料的力學(xué)性能并研究增材制造工藝的穩(wěn)定性、可控性，才能讓增材制造在航空裝備制造中發(fā)揮更好的作用，許多科技工作者已在這方面開展了大量的研究[14-17]。Tan 等[14]制備了具有分層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高強度鋼材，在層、熔池和晶粒尺度上呈現(xiàn)出分級異質(zhì)特性，表現(xiàn)出良好的強度-延展性組合。Zhou等[15]通過一種原位重熔策略展示了如何通過在制造過程中調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)來有效提高增材制造NiCoCr中熵合金的強度而無須犧牲其延展性。

增材制造的過程與傳統(tǒng)鑄造相比，其熱歷程也更為復(fù)雜。由于激光在鋪層的層內(nèi)與層間都會多次往復(fù)同一位置的附近，所以金屬材料從粉末到熔鑄成型往往會反復(fù)熔化凝固數(shù)次，且其中的加熱與冷卻的速率和方向也非常復(fù)雜。這就導(dǎo)致了金屬增材制造的材料往往不能形成晶相穩(wěn)定、均勻分布、取向一致的晶體結(jié)構(gòu)。即便是再經(jīng)進一步的熱處理，增材制造的金屬材料也難以在微觀保持均勻，甚至不能保持晶粒大小的一致性。圖2 所示的Ti-6Al-4V 的SLM 鈦合金，其晶相在熱處理前具有非常顯著的不均勻性（圖2（a）），即便是退火后（圖2（b）），也僅實現(xiàn)了晶粒大小基本穩(wěn)定，材料中仍有明顯的微觀非均勻結(jié)構(gòu)[18]。此外，金屬材料增材制造中還常常會出現(xiàn)偏析、氧化等情況，也都導(dǎo)致材料在微米尺度上有不均勻結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。

圖2 退火前后的激光選區(qū)融化制造鈦合金晶體結(jié)構(gòu)[18] （a）退火前；（b）退火后Fig.2 Titanium alloy（SLM）crystal structures before and after annealing [18] （a）as-built；（b）annealed

微觀的不均勻結(jié)構(gòu)往往最終決定材料的宏觀性能，這些微觀不均勻結(jié)構(gòu)通常是材料開裂、疲勞損傷的起始位置，加之由于增材制造過程具有劇烈且復(fù)雜的溫度變化，常常會在加熱和冷卻的過程中產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，因此增材制造的金屬材料的韌性、抗疲勞斷裂性能一般不及傳統(tǒng)制造的材料。為了能夠盡可能提升制造工藝對材料微結(jié)構(gòu)的控制進而研究和改進材料的韌性、疲勞特性，許多學(xué)者在航空航天常用的鈦合金材料上做了相關(guān)研究工作，發(fā)現(xiàn)了其中制造、熱處理等工藝與鈦合金的微觀組織結(jié)構(gòu)、靜力學(xué)性能、疲勞和損傷容限特性的關(guān)系[19-23]，例如Wang 等[19]在TC4 合金的微觀結(jié)構(gòu)中構(gòu)建了富氧的面心立方（FCC）鈦相以提高靜力學(xué)性能，劉包發(fā)等[23]對增材制造TC4 鈦合金進行了不同工藝的熱處理并研究了其對增材制造TC4鈦合金組織結(jié)構(gòu)、殘余應(yīng)力與耐蝕性能的影響。

然而非均勻的結(jié)構(gòu)與材料并非總是帶來不利影響。恰恰由于前述的種種不均勻結(jié)構(gòu)，使得金屬材料內(nèi)部在變形時的不均勻變形大幅增加，并引導(dǎo)產(chǎn)生許多幾何必須位錯，這種位錯的大量出現(xiàn)顯著限制了晶體滑移從而提高了材料的塑性流動應(yīng)力，提升了材料的強度、剛度與硬度。Bhujangrao 等[24]發(fā)現(xiàn)在增材制造材料的不同區(qū)域，其硬度都較鍛造材料更高且十分顯著，其工作也同時表明，增材制造材料的強度、韌性、硬度等許多力學(xué)性能分散性較鍛造材料更大。

一般來說，增材制造的材料較傳統(tǒng)制造會引入更多不同尺度下的非均勻結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地降低了材料的韌性但提高了材料的強度和硬度，加之增材制造方法由于其逐層堆疊的特性也便于制造具有更高強度的梯度結(jié)構(gòu)材料[25]，因此，在需要利用材料硬度、耐磨性的場景下，增材制造中的非均勻特質(zhì)反而有利于發(fā)揮更好的材料性能。與此同時，由于增材制造的特殊能量輸入形式，實現(xiàn)晶粒尺寸和微結(jié)構(gòu)特征長度的一致性控制是相較于許多其他制造方法更有優(yōu)勢的，具有微結(jié)構(gòu)的同時在微結(jié)構(gòu)形態(tài)上的進一步控制能顯著提高材料的力學(xué)性能。Wang 等[26]研究了微結(jié)構(gòu)尺寸和形貌與制造時的能量輸入密度等制造工藝參數(shù)的關(guān)系，F(xiàn)an 等[27]報道了電弧增材制造Al-Cu 合金中缺陷與偏析等微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系，為指導(dǎo)增材制造晶粒尺度的微結(jié)構(gòu)控制提供了思路建議。

除此以外，為了實現(xiàn)特定的結(jié)構(gòu)功能，利用增材制造逐層制造的特性，學(xué)者們也開展了多相材料的制備與表征測試等相關(guān)研究。利用多相材料間的變形協(xié)調(diào)、功能協(xié)調(diào)，可以在一定程度上實現(xiàn)材料的高性能和多功能的耦合[28-29]。除了材料角度的不均勻性外，增材制造的特殊工藝還可以便捷地制造不均勻結(jié)構(gòu)，如一些點陣結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)能夠幫助構(gòu)件獲得更高的比力學(xué)性能，同時實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計[30-31]。例如Zhou 等[15]即通過在打印過程中對熔池特征和凝固條件進行調(diào)控，誘導(dǎo)更高的位錯密度和晶粒細化，從而使得沉積構(gòu)件的性能得到了顯著提升且無需后續(xù)熱處理。該方法通過工藝控制微觀尺度的晶體行為，實現(xiàn)了材料的宏觀力學(xué)性能提升。Wang 等[19]通過激光粉末床熔合的增材制造過程動力學(xué)提供了一個新途徑來穩(wěn)定Ti-6Al-4V 中的金屬相，新相的存在使得新工藝下材料的極限強度比原來的增材制造工藝高60%以上，且總延展性沒有損失。這些新的工藝使得人們能較好地控制材料的微觀結(jié)構(gòu)，從而提升整體力學(xué)性能。

研究好材料的跨尺度力學(xué)特性能幫助科技工作者更好地理解這類與材料尺度有關(guān)的工藝以及對應(yīng)的材料特性，從而實現(xiàn)更優(yōu)的或具有特定目的的增材制造工藝，促進增材制造材料綜合性能的提升。有鑒于此，本文著重介紹一系列利用跨尺度彈塑性本構(gòu)來研究具有微結(jié)構(gòu)的金屬材料強韌性能和物理機制的工作[32-37]。

2 微結(jié)構(gòu)材料的跨尺度力學(xué)

在傳統(tǒng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，學(xué)者們已發(fā)展出了適用于不同非均勻材料的本構(gòu)理論。然而，傳統(tǒng)本構(gòu)中不含有任何具有長度量綱的物理量，這些本構(gòu)自然無法刻畫材料與尺度相關(guān)的任何規(guī)律。但金屬增材制造所造成的非均勻結(jié)構(gòu)，其特征長度普遍低于毫米量級，大多處于微米量級。在這一尺度下，金屬中固有的大量晶界對塑性變形的阻礙變得更加顯著，相應(yīng)地體現(xiàn)出一定的尺度效應(yīng)。材料在具有該尺度下的額外非均勻結(jié)構(gòu)時，與塑性變形相關(guān)的塑性滑移就變得更加困難，會產(chǎn)生顯著的幾何必須位錯及其梯度，進而提升金屬材料的流動應(yīng)力，相應(yīng)地提升金屬的強度與硬度。為了描述這一類與尺度有關(guān)的材料力學(xué)性能，具有特定物理意義的長度量綱物理量需要被引入材料本構(gòu)中來。

其中一個廣泛使用的可以刻畫金屬材料尺度效應(yīng)特點的理論是基于泰勒位錯模型的低階應(yīng)變梯度理論（conventional theory of mechanism-based strain gradient， CMSG）[38]。對于增材制造金屬材料中大量的微結(jié)構(gòu)的情況，可基于CMSG 理論進一步考慮其中與幾何必須位錯密度梯度有關(guān)的背應(yīng)力的影響。

這兩種模型都利用J2 塑性流動理論來表示其本構(gòu)關(guān)系，在J2 理論中，材料的本構(gòu)關(guān)系由流動應(yīng)力決定。泰勒位錯模型將流動應(yīng)力 σflow、剪切應(yīng)力τ和位錯密度 ρ相關(guān)聯(lián)，其中位錯又可分為與均勻變形有關(guān)的統(tǒng)計存儲位錯（statistic stored dislocation，SSD），以及與不均勻變形有關(guān)的幾何必須位錯（geometrically necessary dislocation，GND），其 中GND 的密度則根據(jù)泰勒關(guān)系與不均勻變形的程度相關(guān)聯(lián)，即GND 密度可通過等效應(yīng)變梯度 ηp來表示。通過單軸測試測得與均勻變形相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 σreff(εp)，即可將流動應(yīng)力拆分為傳統(tǒng)項和應(yīng)變梯度項，并形成一個長度量綱的應(yīng)變梯度特征長度l：

式中：M為泰勒參數(shù)； α為一經(jīng)驗參數(shù)； μ為剪切模量；b為柏氏矢量的模；為Nye 參數(shù)。在明確流動應(yīng)力的形式后，即可利用一種率相關(guān)方法得到CMSG 理論的本構(gòu)關(guān)系：

式 中： σij為 應(yīng) 力 張 量；K為 體 積 模 量； δij為Kronecker 符 號； ε′i j為 應(yīng) 變 偏 量； σe為 等 效 應(yīng) 力；m為率相關(guān)參數(shù)，一般取20 以上； σ′ij為應(yīng)力偏量。

經(jīng)納米壓痕測試的驗證[32]，該理論可以很好地預(yù)測各類均質(zhì)金屬材料的納米壓痕硬度，如圖3所示。

圖3 CMSG 理論對金屬納米壓痕硬度的預(yù)測[32]Fig.3 CMSG prediction of metal microhardness [32]

CMSG 理論通過考慮GND 的短程效應(yīng)（即GND 的密度）將尺度效應(yīng)加入進本構(gòu)描述，為了更準確地描述具有大量微觀結(jié)構(gòu)的增材制造金屬材料，基于CMSG 和相關(guān)本構(gòu)方法，Wang 等[37]進一步將GND 的長程效應(yīng)一并考慮進流動應(yīng)力的組成中：

式中： σY為初始屈服強度； ρ為對應(yīng)的位錯密度；而背應(yīng)力 σb與GND 的長程效應(yīng)相關(guān)：

式中：R為一截斷半徑； ν為泊松比。

借助與CMSG 理論所用相同的率相關(guān)方法形成本構(gòu)關(guān)系，可以很好地預(yù)測金屬增材制造材料等具有大量微異構(gòu)材料的力學(xué)性能。

3 尺度效應(yīng)影響的強韌性

基于上述考慮金屬跨尺度力學(xué)特性的本構(gòu)方法，并結(jié)合增材制造在微觀尺度下產(chǎn)生的非均勻結(jié)構(gòu)的幾何特性，三種較為典型的微結(jié)構(gòu)形式被用來分析其中微結(jié)構(gòu)和尺度效應(yīng)對力學(xué)性能的影響，并利用本構(gòu)中的參數(shù)調(diào)控，分析流動應(yīng)力中各項在材料性能中的貢獻。

增材制造中常出現(xiàn)的微缺陷和微米晶、微裂紋和柱狀晶、異構(gòu)和夾雜等三種典型結(jié)構(gòu)，分別可對應(yīng)彌散（dispersed）、片層狀（lamella）、團簇（clustered）三種典型微結(jié)構(gòu)模型，其中不均勻結(jié)構(gòu)的兩相在不同的特征間具有相同的體積分數(shù)，離散分布型以及團簇型的特征長度約在亞微米和十微米的尺度。三種典型結(jié)構(gòu)的模型在單軸拉伸測試中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖4（a） [37] 所示，異質(zhì)結(jié)構(gòu)特征長度更小的模型，其強度和韌性都相對較高。在單獨剝離流動應(yīng)力中的背應(yīng)力以及GND 強化效應(yīng)后，可以分別得到GND 的短程與長程硬化效應(yīng)各自的貢獻，如圖4（b）所示。在總體應(yīng)變水平較低的情況下，GND 的短程效應(yīng)在其中的貢獻更加顯著，反之則其長程效應(yīng)的貢獻更顯著。片層狀夾雜的額外硬化較團簇型的更高，這表明越小的尺度下，材料異質(zhì)性對材料強韌化帶來的提升效應(yīng)就越明顯。隨著未來增材制造技術(shù)的進一步提升，打印精度提高必然會要求光斑尺寸、熔池直徑越來越小，那么這些具有微結(jié)構(gòu)的非均勻金屬材料中的尺度效應(yīng)必然越來越難以忽視。

圖4 不同異構(gòu)模型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 （a）和額外強化關(guān)系（b） [37]Fig.4 Stress-strain relationship （a）and extra hardening relationship（b）of different heterostructured materials[37]

在微結(jié)構(gòu)邊界附近，等效塑性應(yīng)變梯度在邊界兩側(cè)的分布如圖5（a）[37]所示。在不同的外加載荷之下，應(yīng)變梯度呈現(xiàn)類似的分布特征，即在遠離界面的位置呈一較低的水平，而在界面附近某一區(qū)域內(nèi)快速升高，即界面附近存在一個特定的界面影響區(qū)（interface affected zone， IAZ），且界面影響區(qū)的寬度并不隨載荷變化而明顯變化（圖5（b））。不僅如此，在界面附近的不同方向上，即不同的采樣路徑上，界面影響區(qū)的寬度也無明顯變化（圖5（c）），即界面影響區(qū)與外載的大小、方向都無明顯相關(guān)性，是一個與兩相材料自身屬性相關(guān)的參數(shù)。值得注意的是，這一寬度大約與材料的應(yīng)變梯度特征長度相當(dāng)，都在微米量級，這表明一方面該界面影響區(qū)可能是材料微觀特征長度的實際物理意義，另一方面也表明對于這一類微結(jié)構(gòu)材料的模擬計算中，考慮由位錯機制帶來的尺度效應(yīng)是合理的選擇。

圖5 界面附近的應(yīng)變梯度分布（a），以及界面影響區(qū)寬度與應(yīng)變（b）和路徑選擇（c）的關(guān)系[37]Fig.5 Strain gradient distribution near the domain boundary（a）， relationship between IAZ width and strain（b）and paths（c） [37]

由于界面影響區(qū)的寬度僅與界面兩側(cè)的材料屬性有關(guān)而與其分布、位置因素等無關(guān)，因此對于兩相占相同比例的材料來說，單個異構(gòu)體越?。串悩?gòu)體總體比表面積越大），那么異構(gòu)體表面的界面影響區(qū)體積就越大。GND 短程與長程效應(yīng)的額外強度貢獻與三種異構(gòu)形式中界面影響區(qū)的體積分數(shù)在不同外加載荷之下的關(guān)系如圖6[37]所示。其中不論是GND 的短程還是長程效應(yīng)或是不同外加載荷的大小，額外強化效應(yīng)都與界面影響區(qū)體積呈單調(diào)遞增、近似線性的關(guān)系。這一近似線性的關(guān)系側(cè)面印證了具有微結(jié)構(gòu)材料的額外強韌性來源于界面影響區(qū)內(nèi)。也為日后定量分析、調(diào)控增材制造材料的強韌化特性提供了可行的方案。

圖6 不同外載下額外強化效應(yīng)與界面影響區(qū)體積分數(shù)的關(guān)系[37]Fig.6 Relationship between extra hardening and IAZ volume fraction under different loads [37]

增材制造的材料普遍具有較傳統(tǒng)制造更高的強度，一大原因也在于其內(nèi)部具有更為復(fù)雜的微觀不均勻結(jié)構(gòu)。值得注意的是，此處的微觀不均勻性并不限于晶粒、微組織、夾雜等任何具體形式，而是針對任何不均勻微結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的材料在一個兩相界面附近的不均勻變形，其中的強韌化特性都是來源于界面影響區(qū)內(nèi)的GND 的堆疊和梯度分布，因此，這一強韌化研究成果可以適用于航空航天領(lǐng)域常用的鈦合金、鋁合金等塑性變形由位錯機制控制的晶體材料這一較廣的材料范圍[39-40]。

4 未來發(fā)展趨勢

當(dāng)前，增材制造在航空航天等領(lǐng)域的先進結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用主要利用了增材制造方法對傳統(tǒng)工藝難以加工的一些宏觀結(jié)構(gòu)水平的優(yōu)勢。盡管正是這一方面的因素快速促進了增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，但實際上，增材制造作為一種新的制造工藝，其所制造的材料具有獨特的材料學(xué)特點和力學(xué)特性，如果能深入了解增材制造工藝、材料成型過程、材料微觀結(jié)構(gòu)、總體力學(xué)性能之間的關(guān)系并實現(xiàn)一定程度的調(diào)控，增材制造技術(shù)能夠有望在更廣的領(lǐng)域內(nèi)代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造方法，實現(xiàn)更低的制造成本和更高的材料結(jié)構(gòu)性能。當(dāng)前，在增材制造材料的強韌性、殘余應(yīng)力控制、疲勞斷裂特性等方面的研究仍處在較早期的階段[41-43]，人們對增材制造的研究和應(yīng)用水平還遠遠不及傳統(tǒng)制造方法，未來這些方面的問題仍然需要不同行業(yè)的專家學(xué)者進行深入研究。只有充分厘清工藝、微結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性之間的關(guān)系，才能更好地發(fā)揮增材制造的作用，進一步促進航空結(jié)構(gòu)的減重增效，實現(xiàn)綠色航空目標。