Interface Characteristics and Thermal Deformation Behavior of 4D Printed 316L/Invar36 Heterogeneous Metal Structures  " /> 4D打印316L/Invar36异质金属结构的界面特征及其热激励变形行为
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金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00091
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4D打印316L/Invar36异质金属结构的界面特征及其热激励变形行为

李建卫1,2 杨海欧1,2 吴昱涵1,2 李俊杰2 王志军2 王锦程2

1 西北工业大学 深圳研究院  深圳 518057

2 西北工业大学 凝固技术国家重点实验室  西安 710072

Interface Characteristics and Thermal Deformation Behavior of 4D Printed 316L/Invar36 Heterogeneous Metal Structures 

LI Jianwei 1, YANG Haiou 1,2, WU Yuhan 1, LI Junjie 1, WANG Zhijun 1, WANG Jincheng 1

1 Shenzhen Research Institute, Northwestern Polytechnical University, Shenzhen 518057, China

2 State Key Laboratory of Solidification Processing, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China

引用本文:

李建卫 杨海欧 吴昱涵 李俊杰 王志军 王锦程. 4D打印316L/Invar36异质金属结构的界面特征及其热激励变形行为[J]. 金属学报, DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00091.

全文: PDF(3062 KB)  
摘要: 
目前异质金属4D打印仍处在概念设想阶段,对成形工艺选取、异质金属界面结合特性、热激励变形行为都缺乏探索。本工作开展了基于激光定向能量沉积技术的异质金属4D打印研究,考察了工艺参数和沉积方式对316L/Invar36合金界面平整性、界面成分过渡区以及构件热激励变形行为的影响。结果表明,当其它工艺参数一定时,在1000~1800 W的激光功率范围内,减小激光功率,可使316L与Invar36合金界面趋于平直,且成分过渡区宽度减小。在1000 W激光功率、15 mm/s扫描速率的条件下,当316L与Invar36合金按照上下排布方式进行沉积时,制备得到的板条状试样可在热激励下产生较大变形,且经历50 cyc热激励循环变形后形状仍可完全复原。当沉积方式为两种材料左右排布时,界面呈现锯齿状,且成分过渡区宽度增大,导致板条试样热激励变形显著降低。将两种材料以上下前后交替排布方式成形的板条试样,可在热激励下发生S状变形,将多个此种板条组装后,制备出一种能发生大幅变形的异质金属弹簧结构,其在270 ℃下可比25 ℃时伸长2.58倍。
关键词 4D打印异质双金属界面热激励变形    
Abstract

Heterogeneous metal 4D printing presents a promising technological route for fabricating structures with controllable thermally induced deformation. This approach addresses limitations inherent in shape memory alloy components, particularly their restricted number of stable deformation cycles, thereby offering broader application potential. Nonetheless, heterogeneous metal 4D printing remains at a conceptual stage, with limited research on process selection, interfacial bonding characteristics and thermally induced deformation behaviour. This study investigates the 4D printing of heterogeneous metals via laser solid forming of 316L/Invar36 alloys, focusing on the influence of process parameters and deposition configurations on interface flatness, compositional transition across the interface and thermally induced deformation. The results demonstrate that, with all other parameters held constant, decreasing the laser power within the 1000–1800 W range leads to a flatter interface and narrows the compositional transition zone between 316L and Invar36 alloys. At a laser power of 1000 W and scanning speed of 15 mm/s, strip-shaped specimens fabricated through vertical stacking of the two materials exhibit pronounced deformation under thermal actuation. In contrast, side-by-side deposition results in a jagged interface and a broader compositional transition zone, significantly diminishing the thermal actuation deformation of the resulting strip specimens. When 316L and Invar36 are alternately arranged in both vertical and horizontal orientations, the strips exhibit S-shaped deformation under thermal stimulation. Assembled from multiple such strips, a heterogeneous metal spring structure capable of substantial deformation is obtained, displaying a deformation magnitude 2.58 times greater at 270 °C than at 25 °C.


Key words4D printing    heterogeneous metals    interface    thermally induced deformation
收稿日期: 2025-04-02     
ZTFLH:  TG142  
基金资助:广东省重点领域研发计划项目
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