摘要：316L不锈钢具平衡热物理、机械及化学性能与优异可焊性、可加工性，在航空航天、生物医学等行业应用优势突出。相较粉末激光金属沉积，激光送丝定向能量沉积（DED）材料成本低、浪费少、安全性高，沉积效率高且工艺灵活，适配复合制造，力学性能甚至超传统锻态316L。但该

研究背景

316L不锈钢具平衡热物理、机械及化学性能与优异可焊性、可加工性，在航空航天、生物医学等行业应用优势突出。相较粉末激光金属沉积，激光送丝定向能量沉积（DED）材料成本低、浪费少、安全性高，沉积效率高且工艺灵活，适配复合制造，力学性能甚至超传统锻态316L。但该技术易因残余应力变形，对离焦距离等参数敏感致焊丝卡顿、滴落缺陷，几何精度低，难适配不同材料与基板几何，且沉积-传统基板界面易因热历史差异生缺陷。目前，316L不锈钢激光送丝DED已有微观结构、力学性能、工艺优化及过程控制研究，但复合制造研究以粉末激光沉积为主，激光送丝DED在传统零件复合制造、工艺中断影响及界面性能评估上存研究空白。

米兰理工大学等单位在工程技术领域期刊Progress in Additive Manufacturing上发表了题为“Exploring wire laser metal deposition of 316L stainless steel as a viable solution for combined manufacturing routes”的研究成果。本研究探讨了使用316L不锈钢激光送丝定向能量沉积（DED）的潜力。关键重点是研究连续、间断和组合制造场景下混合DED部件的微观结构和机械性能。结果表明，无论沉积条件如何，制造策略的开发都对生产高密度（>99.9%）完全致密的部件至关重要。发现拉伸性能随工艺条件而变化，突出了在组合制造中考虑热敏合金沉积条件的重要性。这些发现旨在为使用DED生产实际工业部件提供有价值的见解。

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图 1 单道与单层沉积的测量示意图

图 2 直观示意图：(a) 多道多层管状沉积所采用的扫描策略；(b) 熔道宽度、层厚及搭接量(OV)；(c) Z向抬升量

图 3 多道多层管状构件的不同制造策略

图 4 (a) 自沉积体截取试样示意图；(b) 按 ASTM E8 标准执行的拉伸试验规范

图 5 单道沉积分类的不同情况

图 6 基于单道实验得到的定性工艺窗口及所选工艺参数

图 7 (a) 单道沉积三维采集图；(b) 单道轮廓测量；(c) 单层沉积三维采集图

图 8 三种制造策略所得构件的外观图：(a) 1-连续沉积；(b) 2-间断沉积，(c) 3-复合制造

图 9 所研究激光送丝金属沉积典型金相截面：(a) 低倍(100×)；(b) 高倍(1000×)

图 10 蚀刻后各制造策略中心区域的金相横截面图：(a) 1-连续沉积，(b) 2-间断沉积，(c) 3-复合制造

图 11 蚀刻后各制造策略界面的金相横截面图：(a)、(b) 2-间断沉积，(c)、(d) 3-复合制造

图 12 各制造策略中心区域用于微观结构分析的电子背散射衍射（EBSD）采集图：(a) 1-连续沉积；(b) 2-间断沉积；(c) 3-复合制造

图 13 三种制造策略的显微硬度分布：(a) 沿建造方向的整体硬度；(b) 间断与复合沉积界面的精细硬度测量

图 14 (a) 三种制造策略的代表性应力-应变曲线；(b) 与传统制造试样的对比：1-连续沉积、2-间断沉积、3-复合制造的拉伸断裂形貌

图 15 拉伸试样的断口形貌：(a)、(d)、(g) 1-连续沉积；(b)、(e)、(h) 2-间断沉积；(c)、(f)、(j) 3-复合制造

图 16 拉伸试验结果汇总：(a) 屈服强度与抗拉强度；(b) 断裂延伸率

关键结论

1.采用 “单道沉积定性分析-工艺窗口绘制-基于工艺稳定性的参数选择” 这一工艺开发策略，可制备出完全致密的混合构件。

2.多道/多层构件的相对密度均超过 99.9%，这一结果验证了所采用参数选择方法的有效性。

3.在连续沉积和中断沉积两种制造方案中，构件微观结构整体较为均匀，均存在沿建造方向分布的粗大伸长晶粒；而在复合制造方案中，构件上下两部分界面清晰可见，从基板的细小等轴晶向增材制造部分逐渐粗大的伸长晶粒形成明显过渡。

4.各制造方案沿建造方向的显微硬度分布显示，中断沉积和复合制造的界面附近硬度存在细微变化；总体而言，随着建造过程的推进，因热积累效应，硬度呈逐渐下降趋势。

5.拉伸试验表明，所有制造方案的构件均表现出典型的韧性断裂特征；且在中断沉积和复合制造中，断裂位置均未出现在界面处，证实了构件两部分之间实现了良好的结合。

6.连续沉积、中断沉积和复合制造的抗拉强度（UTS）分别为557±1 MPa、570±1 MPa和595±2 MPa，断裂伸长率分别为53.0±1.4%、50.2±0.8% 和 39.8±0.8%。与传统冷轧316L管材相比，这些数值略低，但均达到或超过了文献中该合金锻态退火后的力学性能水平。

7.研究表明，制造方案对构件力学性能具有显著影响，这一点在复合制造方案中尤为明显。因此，当采用沉积技术在现有构件上添加特征结构，且/或基板为成品构件的一部分时（尤其是使用对热更敏感的合金时），需重点考虑制造方案的选择。

论文引用

Fabio Guaglione, Akshay Ashok Benni, Barbara Previtali. Exploring wire laser metal deposition of 316L stainless steel as a viable solution for combined manufacturing routes: Progress in Additive Manufacturing (2025) 10:3859-3878

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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