摘要：波兰奥波莱工业大学的科研人员报道了后处理方法对选择性激光熔化（SLM）制备材料疲劳性能的影响最新进展研究。相关研究以“Influence of post-processing methods on the fatigue performance of mate

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波兰奥波莱工业大学的科研人员报道了后处理方法对选择性激光熔化（SLM）制备材料疲劳性能的影响最新进展研究。相关研究以“Influence of post-processing methods on the fatigue performance of materials produced by selective laser melting (SLM)”为题发表在《The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》上。

尽管选择性激光熔化（SLM）能够制造复杂且定制化的产品，但与锻造件相比，SLM制造的零件疲劳性能有所降低。制造参数不理想以及该工艺本身存在的固有缺陷所导致的不完美，是造成这种差异的主要因素。即便采用了最优制造参数，疲劳性能仍存在离散性。不过，事实证明，采用后处理方法来减轻或消除缺陷是提高疲劳性能的有效途径。

本文详细介绍了多种可用于改变表面与亚表面缺陷以及内部缺陷的后处理方法。每种方法在产生有益的残余压应力（CRS）、改变表面与亚表面缺陷以及提升疲劳性能方面，都展现出不同的潜力。研究发现，考虑到循环过程，不同后处理方法的影响各不相同，本文对需要进一步阐明的矛盾研究结果进行了探讨。此外，本文还深入综述了可能影响疲劳性能的缺陷类型及特征，强调了了解这些缺陷的必要性。文章指出了现有后处理方法中的研究空白，并规划了未来的研究方向，重点关注那些尚未得到充分利用但具有潜在变革性的技术。

图1a选择性激光熔化（SLM）的组件与工艺示意图；b SLM工艺中可能存在的内部缺陷和表面缺陷。

图2选择性激光熔化工艺参数、关键材料特性、SLM零件中的缺陷以及常用的后处理方法。

图3a激光喷丸工艺示意图及由此产生的表面变形；b激光扫描路径及参数。

图4激光喷丸对SLM零件性能的影响；激光喷丸前（a）和激光喷丸后（b）的表面粗糙度和孔隙率测量结果；激光喷丸前（c）和激光喷丸后（d）SLM处理的Ti64的电子背散射衍射（EBSD）图；AB状态下（e）（a'和b'）、激光喷丸后（c'、d'、e'）AlSi7Mg的横截面视图；激光喷丸后孔隙的高倍图像（d'）。SLM处理及后处理的AlSi10Mg的断口表面（f）。

图5喷丸工艺配置及工艺参数。

图6后处理对表面和亚表面缺陷的影响；（a）SLM疲劳试样；（b）和（c）未加工试样的表面粗糙度；（d）振动光饰处理样品因表面和亚表面开口缺陷处的裂纹形核而失效；（e）在循环加载下可能导致材料失效的裂纹起始缺陷（√面积=98 µm）。

图7含缺陷类型的SLM工艺参数（a）；后处理方法及其对表面、亚表面和内部缺陷的处理效果（b）；后处理对解决缺陷的影响（c）。C1，（MP）试样；C2，MP的表面和亚表面孔隙；C3，AB+SP；C4，SP的不均匀微观结构；C5，HT试样；C6，HT样品的断口形貌；C7，热等静压（HIP）处理的试样；C8，HIP处理前后的孔隙率。

本文全面综述了后处理方法对选择性激光熔化（SLM）零件疲劳性能影响的相关研究。研究发现，表面与亚表面缺陷、内部缺陷、微观结构、残余应力以及表面粗糙度是影响SLM零件疲劳性能的重要因素。激光喷丸显示出其在闭合亚表面孔隙以及产生比喷丸更深的残余压应力（CRS）方面的潜力，尽管这会使表面粗糙度增加。然而，喷丸能够在形成较厚残余压应力层的同时，改善残余应力和表面粗糙度。激光喷丸过程中产生的较高粗糙度和不均匀的残余应力分布会导致疲劳性能下降。不过，采用连续喷丸的方式可在不负面影响表面粗糙度的情况下提高疲劳性能。通过创造良好的表面特性，机械加工有能力制造出疲劳寿命更长的SLM零件。然而，该方法在改变打印零件内部横向残余应力（TRS）和各向异性行为方面存在局限性。热处理方法虽无法改善表面性能，但能有效改变这种有害应力，不过该方法会导致孔隙增多。尽管热等静压（HIP）同样无法增强表面特性，但已证明它能改变微观结构、细化各向异性、闭合内部孔隙并提高材料整体密度，从而延长疲劳寿命。热等静压与机械加工相结合，再进行抛光处理，已证明能够制造出即使与传统制造零件相比，疲劳性能也更优越的SLM零件。并非所有缺陷都会影响材料的疲劳寿命，但表面附近的缺陷以及具有尖锐边缘的大尺寸内部缺陷（LOF）是导致材料耐久性下降的主要缺陷。本文重点突出介绍了尚未得到广泛研究的后处理方法，并提出了未来的研究方向。通过评估SLM中常用的后处理技术，本文为提高航空航天、能源、汽车和生物医学植入物等行业在高应力应用中的可靠性提供了有见地的指导。

论文链接：

Ganta, M.G., Kurek, M. Influence of post-processing methods on the fatigue performance of materials produced by selective laser melting (SLM). Int J Adv Manuf Technol (2025). https://doi.org/10.1007/s00170-024-14920-x

长三角G60激光联盟陈长军转载

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来源：江苏激光联盟