顶刊（IF=140）综述：研究增材制造的两种强大工具！

　　金属增材制造因其高精度、高效性和灵活性等特点已经引起了广泛的研究和快速增长的应用。然而，这些优势远未得到充分利用，且其瓶颈问题主要源自从制造过程、微观结构演变到力学性能等复杂物理机制的理解不充分。具体而言，对于基于粉末熔融的增材制造，如激光粉床熔化，制造过程涉及粉末动力学、热传递、相变（熔化、凝固、蒸发和凝结）、流体流动（气体、蒸汽和熔融金属液体）及其相互作用。这些相互作用不仅引发各种缺陷，还涉及复杂的热-力学-组成条件。这些瞬态条件导致高度非平衡的微观结构演变，而由此产生的微观结构以及这些缺陷，可以显着改变构件的力学性能，包括强度、延性和残余应力等。推进增材制造过程中的机理研究，最有效途径是将原位实验和高保真建模相结合。

　　本文系统地回顾了两种先进的研究工具，即原位同步辐射X射线表征和高保真模拟，它们被用于探索金属增材制造技术背后的基础物理学。关于原位同步辐射，详细阐述了原位同步辐射X射线成像和衍射的原理与能力。关于高保真模拟方面，系统总结了粉末动力学、熔融池流动、微观结构演变和力学性能等方面的研究，同时也简要讨论了基于物理模拟结果的数据驱动模拟——这是一种不可忽视的发展趋势。最后，我们讨论了原位实验和高保真度模型的未来前景。

　　原位同步辐射表征技术使得我们能够在金属增材制造过程中直接研究其过程、微观结构和力学性质，而高保真度模拟则有助于分析这些现象背后的物理原理。这两种先进工具具有互补性，应该被整合起来，以深入探讨增材制造机制。

　　图1. 金属增材制造过程中原位X射线表征与高保真建模工具的框架。将这两种工具整合在一起将加速对金属增材制造机制的研究。

　　图2. 同步辐射X射线进行激光金属增材制造过程原位表征的实验设置的示意图，并列举不同现象的时间和空间尺度。

　　图4. 原位X射线表征与高保真模拟相结合的应用示例。(a) X射线成像揭示了气泡运动，高保真模拟则阐明了气孔运动的驱动力。(b) X射线成像展示了关键孔洞形成过程，高保真模拟揭示了其中的基本机制。(c) X射线成像呈现了激光熔化过程中不同时间的keyhole形状，并用于验证仿真模型。(d) X射线成像展示了激光熔化过程中粉末飞溅行为，并用于验证仿线. 展望原位同步辐射表征、高保真模拟以及它们的综合应用，从而深入理解增材制造中的物理机制。