IMDEA材料研究所的研究人员开发了一种简化且具有工业可扩展性的方法，来设计和控制通过激光粉末床熔合（LPBF）（一种关键的增材制造工艺）制造的镍基高温合金的微观结构。

具体来说，最近发表在《增材制造》杂志上的这项新研究的作者提出了在相对较宽的加工条件下对Inconel 939（IN939）合金进行LPBF打印时微观结构控制的经验和分析方法。

该研究的作者、IMDEA Materials可持续冶金小组的博士研究员Ignacio Rodríguez Barber表示，“这项研究表明，可以以简单有效的方式在局部预测和控制微观结构，”该小组由María Teresa Pérez-Prado领导。

该论文研究结果的关键在于确定熔池重叠（与激光扫描轨道间距相关的几何参数）作为可靠的预测器和设计工具，以在制造IN939（一种广泛用于航空航天和能源应用的高性能合金）期间控制晶粒结构。

在这方面，研究人员表明，可以通过调整垂直于扫描方向和构建方向的熔池重叠来局部修改微观结构，特别是晶粒形状、尺寸和方向。

熔池重叠度低于0.6的加工条件有助于防止强取向、细长晶粒的形成，从而形成更均匀、更细粒的结构。相反，较高的重叠度会促使晶粒以柱状方式生长，从而形成纹理丰富的内部结构。

作者将多轨实验与基于重新表述的罗森塔尔方程和改进的标准化体积能量密度的分析模型相结合。

这种组合产生了一种预测工具，允许制造商根据激光功率、扫描速度、绘制距离和扫描轨道长度等关键参数精确调整微结构。

Rodríguez Barber指出：“IN939因其优异的高温强度、抗氧化性和抗蠕变性组合，在燃气轮机和航空工业等要求严格的工程应用中备受关注。”

“然而，由于其易开裂，加工难度也很大，导致其可加工性窗口狭窄。我们的方法不仅提供了获得优异打印效果的指导，还能针对零件的不同部位进行针对特定位置的微观结构设计，为性能优化的组件铺平了道路。”

该方法与工业中常用的高生产率扫描策略兼容，包括较大的层厚度、快速的扫描速度以及层间67°旋转的标准蜿蜒图案。

这项工作以IMDEA Materials在先进金属合金加工和特性方面的良好业绩为基础，并且清楚地说明了基础材料科学如何为增材制造挑战提供实用解决方案。