- 文献综述（或调研报告）：
1金属增材制造技术
1.1技术及分类
增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。它基于离散-堆积原理,由零件三维数据驱动直接制造零件。与传统的减材制造技术相比，AM技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序,在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件,从而实现了零件“自由制造”,解决了许多复杂结构零件的成形,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。而且产品结构越复杂,其制造速度的作用就越显著。
根据GB/T 35351-2017，金属增材制造技术主要分为直接能量沉积技术（Direct energy deposition, DED）和粉末床融化技术（Power bed fusion, PBF）两类[1]。相比于粉末床融化技术，直接能量沉积技术无需铺粉，可以通过送粉或者送丝的方式，实现零件的逐层沉积，成型零件大小不受粉末床尺寸限制，具有沉积效率高，成本低等优势。相比于送粉增材制造技术，丝材的制造成本更低，丝材利用率可以达到100%，沉积效率也很快，可以达到2500cm3/h（相当于330g/min），并且工作环境相对于粉末增材制造技术更干净，具有广阔的应用前景[2]。按照热源的类别，DED增材制造技术可以分为三类：激光、电子束和电弧增材制造技术[3]。相比于激光和电子束增材制造技术，电弧增材制造技术具有成本低、效率高等优点，便于实现大尺寸零件的成型；但是电弧增材制造技术也存在很多缺点，如成型零件精度差，组织性能差，成型过程热量输入高及难控制等缺点，这也在一定程度上限制了电弧增材制造技术的发展及应用[4]。根据增材制造所用材料的状态及成形方法，其可以分为熔融沉积成形、光固化立体成形、分层实体制造、电子束选区熔化、激光选区熔化、金属激光熔融沉积、电子束熔丝沉积成形[5]。
1.2关键技术问题及应用
采用激光、电子束等为热源的3D打印金属构件，就是将金属粉末或金属丝按设定的路径一层层堆焊叠加，最终形成目标零件，其本质是焊接。所以，3D打印金属零件内部必然存在气孔、裂纹、夹杂、未熔合等焊接缺陷，因此金属材料3D打印技术研究的重要课题之一是缺陷控制技术。3D打印成形的金属材料存在组织和力学性能的各向异性，表面质量、尺寸精度和一致性也有别于传统的铸造、锻造，因此3D打印制件的力学性能和尺寸精度是另一个研究重点。另外，如何提高打印效率、降低批量生产成本，同样是急需解决的问题。具体来说，金属材料的3D打印技术应在提高3D打印粉末质量和收得率、提高3D打印设备能力和开发过程监控系统、制定3D打印制件无损检测标准规范、建立3D打印材料全面力学性能数据库、研究3D打印材料失效行为及预测寿命几个方面予以重点关注[5]。
经过20多年的发展,增材制造经历了从萌芽到产业化、从原型展示到零件直接制造的过程,发展十分迅猛。美国专门从事增材制造技术咨询服务的Wohlers协会在2012年度报告中,对各行业的应用情况进行了分析。在过去的几年中,航空零件制造和医学应用是增长最快的应用领域。2012年产能规模将增长25%至21.4亿美元,2019年将达到60亿美元。增材制造技术正处于发展期,具有旺盛的生命力,还在不断发展;随着技术发展,应用领域也将越来越广泛。
2智能材料与结构
智能材料与结构包含三个概念：智能材料、智能器件和智能结构。智能材料包括感知材料和驱动材料。感知材料是一类对外界或内部的应力、应变、热、光、电、磁、辐射能和化学量等参量具有感知功能的材料，用它们可以制成各种传感器件；驱动材料则是能对环境条件或内部状态变化作出响应并执行动作的材料，用它们可以制成各种驱动器件。智能器件是由智能材料所制成的、具备传感或驱动功能的执行器。智能结构则是由材料和器件所构成的，集传感、信号处理、控制和驱动于一体的材料系统或结构体系。智能材料、智能器件和智能结构三者的关系，从研究的角度来讲，智能材料的研究是基础，智能器件的研制是关键，智能系统的总成与应用是方向；从技术的角度讲，智能材料是基础，智能结构是成品，智能器件是连接智能材料与智能结构之间的桥梁；从表现形式上看，智能材料通常是在微观上或局部表现出“智慧”，智能结构则是借助于智能器件在宏观上或整体上表现出智慧特征。
智能材料与结构具有敏感特性、传输特性、智能特性和自适应特性这四种最主要的特性以及材料相容性。在基础构件中埋入具有传感功能的材料或器件，可使无生命的复合材料具备敏感特性；在基础材料中建立类似于人的神经系统的信息传输体系，可使结构系统具备信息传输特性；智能特性是智能材料与结构的核心，也是智能材料与普通功能材料的主要区别，要在材料与结构系统中实现智能特性，可以在材料中埋入超小型电脑芯片；自适应特性可以通过在材料系统中置入各种微型驱动系统来实现，目前常用的微型驱动系统由形状记忆合金、磁致伸缩材料、电流变体等构成。
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