武汉大学胡耀武团队提出高鲁棒性高可靠金属结构件三维打印新方法

（通讯员侯显洲）近日，武汉大学集成电路学院教授胡耀武团队在金属熔凝增材制造中的孔隙缺陷抑制和熔池界面动态调控方法上取得重要进展。团队以“Robust melt pool laser-shock-vibration assisted hybrid laser powder bed fusion and its mechanism”（《高鲁棒性激光冲击振动熔池辅助复合激光粉末床熔融及其机理》）为题，在金属增材制造期刊Additive Manufacturing（《增材制造》）上发表了高鲁棒性高可靠金属结构件三维打印新方法。集成电路学院博士生郭定义为论文第一作者，胡耀武为唯一通讯作者，集成电路学院为第一署名单位和通讯作者单位。

团队前期研究成果“Porosity reduction by co-axial laser shock modulation of molten pool in powder-bed selective laser sintering: take widely-used stainless steel as an example”率先将同步同轴激光冲击作用力用于提升金属粉末床激光熔融（LPBF/SLS）的匙孔稳定性上。在此基础上，团队进一步提出并验证了可大规模推广应用的高鲁棒性同步同轴激光冲击稳定LPBF/SLS匙孔的方法。

针对LPBF方法中匙孔不稳定诱导气孔导致机械性能下降这一问题，团队提出将低成本光纤纳秒激光与连续成形激光进行同步同轴耦合，在LPBF成形过程中向匙孔内部引入周期性机械扰动。该方法利用光纤脉冲激光冲击力原位调控熔池流动和匙孔形貌演化，为抑制气体受困和孔隙残留提供了新的思路。

同步同轴脉冲激光冲击增强LPBF/SLS系统与作用机制示意图

实验结果表明，该方法能够削弱严重飞溅和材料喷射行为，并显著改善孔隙体积分数、孔径和球形度等内部缺陷特征。在上述工作的基础上，团队进一步将研究重点推进到工艺鲁棒性、双光束同轴稳定性和匙孔瞬态调控机制上。最新工作构建了同步同轴光纤脉冲激光冲击LPBF实验平台与原型样机。Micro-CT三维重构结果表明，在合适的脉冲激光参数下，同步同轴脉冲激光冲击能够显著降低样品内部孔隙率，最优条件下孔隙率相较无冲击样品降低85%。该系统通过提高脉冲-连续双光束同步同轴传输的稳定性，实现金属打印样品最终绝对孔隙率降至0.0032%。这一结果说明，金属粉末床激光熔融（LPBF/SLS）的脉冲激光同步同轴冲击方法已打通从原理验证到大规模工业应用推广的关键壁垒。

不同脉冲激光参数下的孔隙率演化规律

基于光纤耦合的脉冲激光与连续激光复合LPBF系统与原型样机

该系列研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、武汉市科技计划项目以及中央高校基本科研业务费专项资金等项目支持。武汉大学核心仪器平台为研究提供了分析测试支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2026.105324