杏宇官网来自瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员提出了一种复合增材制造（Selective Laser Melting (SLM)）和激光喷丸的工艺，即，3D LSP,在SLM的过程中进行LSP。并同传统的SP、ＬＳＰ沉积态的应力进行了比较研究。3D LSP会导致深且高的CRS，杏宇平台注册从而显著的提高了疲劳抗力。

图１　论文的Graphical abstract

   增材制造技术近年来从研究到商业化的转变非常迅速，这是因为该技术具有传统方法无法制备或者很难制备的优势。外场服役部件在服役过程中需要经受长期的疲劳载荷。这就需要首先延长部件的疲劳寿命并提高AM制品的疲劳抗力。众所周知，喷丸是可以改善表面的显微组织并提高疲劳抗力的。这里为大家展示了复合增材制造和3D激光喷丸（3D Laser Shock Peening (3D LSP)）的加工工艺。在SLM增材制造的沉积态（ as – built (AB) ）时，其亚表面存在的众所周知的抗拉残余应力（ tensile residual stresses (TRS)），对部件的疲劳应力具有十分不利的后果。激光喷丸（LSP）是一种相对比较昂贵的后处理技术，大家知道，可以在部件的亚表面产生产生较深的压应力（ CRS）。而且该技术通常应用于对疲劳抗力要求非常高的场合，如航空航天和核电的场合。此处提出的新颖的3D LSP工艺具有充分发挥和利用部件制造的重复的间隙的优点，如SLM制造的层层之间的循环。这一措施在部件的亚表面制备出高且深的压应力（ CRS），从而显著的提高疲劳抗力。在本文中，研究者以316L为研究对象进行了3D LSP加工，将部件来回的在SLM和LSP工位上进行切换。结果，在所有的参数研究范围内，可以观察到非常明显且显著的CRS。同SLM的沉积态相比或者同采用与传统的喷丸相比，效果非常明显。

图２ 激光喷丸产生塑性压应力且产生一个横向压应力场的过程

   尽管SLM技术打印的产品的机械性能非常接近于传统技术加工的产品，但SLM技术在应用的时候依然存在一定的局限性。其中一个问题就是不断积累的抗拉应力的残余应力（tensile residual stresses，ＴＲＳ），如下图所示。在SLM的过程中，杏宇平台注册顶部的熔化层最后会冷却掉，且冷却的程度受到底部凝固材料的连续性的限制。这样一层层的累积下来，就会在制品中形成较大的TRS，其结果就是要么降低了其疲劳抗力或造成最终制品的变形。应力高到一定程度的时候会导致加工失效（如产生裂纹）。

图３ SLM制造过程中产生残余应力的示意图，显示了喷丸、激光喷丸和3D LSP的过程

图解：喷丸Shot Peening (SP), 激光喷丸Laser Shock Peening (LSP)、复合3D打印与激光喷丸的技术 3D LSP。

    目前已经有不同的手段来控制和减少残余应力。如原位加热（例如将基材进行预热或者激光重熔）就是一种比较常见的技术手段。自适应性扫描策略也证明是一种比较有效的显著影响残余应力的解决办法。作为一种后处理过程，退火时广泛应用并证明可以显著的降低至少７０％的残余应力。尽管以上提到的技术对改善最终的残余应力是比较有效的。但以上技术还不能完全消除TRS，并且还存在不能引入残余压应力（ Compressive Residual Stresses (CRS)）而提高疲劳抗力的弊端。而且，在后处理过程中还存在不要可避免的带来失效的问题，这就意味着采用原位加热和优化扫描策略的办法并不是一种简单有效的办法，并不能完全适用于LＳＭ。

在AB、LSP处理的条件下得到的残余应力曲线分布

    激光喷丸（Laser Shock Peening (LSP)）是一种在表面产生高应变速率（(~ 10exp（6） s− 1)）的处理办法，其原理同喷丸（Shot Peening (SP)）和超声喷丸（Ultrasonic Shot Peening (USP)）相似，常常用来在材料的近表面产生一层压应力的残余应力。LSP在提高大多数金属材料的疲劳抗力这一方面比较为人所熟知。同时还具有提高应力腐蚀裂纹、磨蚀疲劳的能力。引入的压应力的残余应力的深度可以达到1mm（具体取决于被处理的材料）。抵消近表面区域包含部分或几乎全部是抗拉的残余应力，会降低材料的裂纹扩展速率，有效的减少应力强度系数，增强疲劳裂纹的闭合效应并增加其裂纹扩展的应力临界值，从而提高金属材料的疲劳性能。

图５　在AB　LSP 1mm 40%和3D　LSP　１ｍｍ　４０％１、３和１０层时测量得到的残余应力曲线

  LSP一开始的研究是将其作为一种传统的表面处理方法用于SLM制品的表面处理，结果显示LSP可以将抗拉的残余应力转换成更为有利的压应力状态的残余应力。在几乎所有实验的参数范围内均实现了残余应力的成功转换。然而，传统的LSP依然只是作为一种表面后处理过程，并不能作为在SLM制造过程中高的抗拉应力残余应力积累的手段。

图６　ＬＳＰ、ＳＰ、ＡＢ和变形态＋退火态的表面断裂形貌和傅里叶转换

  在这里，来自瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员为我们展示了复合增材制造和激光喷丸的３D　LSP（3D Laser Shock Peening (3D LSP) ）技术。3D LSP是瑞士洛桑联邦理工学院热机械冶金技术实验室的专利。他们成功的展示了３D控制SLM过程中的残余应力。尤其是，将在SLM过程中所产生的TRS的不利之处转换为在表面区域有利的CRS。杏宇登录注册其强化深度远远的超过传统的LSP（见图３）。3DLSP工艺确实可以将CRS在关键区域进行积累。这一将LSP和SLM工艺复合在一起的想法，就是将LSP用于每一层ＳＬＭ的表面处理。这样的一种处理办法可以在功能上和实践上来实现大部件的制造。所不同的是就是在SLM的扫描头上加装一个用于LSP的扫描头。

   残余应力对疲劳的影响已经得到了广泛的研究，并且残余压应力在近表面的有利影响已经得到证实，而且可以说没有人对此在感到怀疑。研究发现CRS的深度对疲劳抗力起到非常重要的作用。其深度越深，其表面产生裂纹的可能性越小，从而其疲劳抗力越强。杏宇注册尽管LSP的参数设置比起传统的SP或者USP来说要复杂的多，但仍然是处理航空航天和核电领域特定关键件的不可替代的处理工艺，这是因为该技术具有深的ＣRS。通过不断地重复LSP地过程来处理SLM地近表面，同传统地LSP相比较，３D　LSP可以实现CRS强度和深度远远深于和高于传统的LSP，从而使得其疲劳抗力也相应地提高。