STIF国际科创节暨数服会是科技创新与数字化服务领域最具影响力的年度盛会之一，活动设立于2020年，旨在通过构建多元、开放的交流与合作平台，全面展示科创成果，传递科创精神。聚焦科技最新发展趋势，以及全球范围内科技新技术、新应用，为助力科技强国贡献力量。

以下是中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员、英国皇家工程院院士李琳在第四届国际科创节 & 2023数服会的精彩讲话，由云现场整理。

大家好，我是中国科学院宁波材料所李琳，很抱歉不能现场参加这次大会，通过视频向大家汇报我们团队在多材料及3D功能梯度材料激光增材制造方面报告。多材料增材制造的需求来源于产品局部性优化及结构与性能统一。早期的多材料增材制造研究主要用于观测，通常使用塑料等材料，兼容性比较好。多材料3D打印的挑战，来自于不同金属，金属与非金属复合及梯度功能元件。早期工作基于商业化的铺粉增材制造设备。新加坡南洋理工大学在这方面也有一些探讨工作。

我们团队早期通过超声定点送粉实现了同一层面的不同材料的混合融合，并且拉升实验证明界面强度高于其中一个膜材强调。这是我们自研的多材料一体激光增材制造实验设备，这个设备是基于多头超声定点送粉及定点吸粉。

下面通过视频展示一下工作原理。

（播放视频）

超声铺粉和吸粉可以在实验中展示出高精度可控性。但也遇到了一些挑战，比如堵塞送粉喷嘴。通过多点超声激发控制有效的解决了这个问题，红色线展示的是这个技术的送粉稳定性，黑色线展示的是单点超声激发送粉的堵塞问题。送粉喷嘴与工作面距离也会影响堵粉效果，通过理论计算及实验得出最佳喷嘴距离。铺粉扫描速度也会影响铺粉厚度及拐角处铺粉的均匀性。通过优化实现了可控铺粉厚度及拐角处，通过这个装置研究了多种材料界面性，并实现了3D多材料金属原件打印，对多材料增材制造有新的挑战，主要来源于材料不相容性导致裂纹的缺陷，通过采用过度层材料解决了这个难题并研究了材料之间的界面组织特性。金属与玻璃之间的界面问题也是通过过度层来解决，实现了金属与玻璃的混合材料3D打印。金属与陶瓷多材料打印也有新的挑战，主要是出现裂纹等缺陷。

但是通过过度层，也有效的解决了这个问题，金属与高分子材料的混合3D打印，在塑料集体上打印金属有新的挑战，主要来源于金属熔化温度远高于塑料分解温度，也是通过采取过度层解决问题，这是一个金属与塑料多材料3D打印的例子。3D功能梯度材料的打印需要多头超声送粉，实验装备可以提供5种材料同时铺粉，从成分分析图可以看到材料的梯度变化，有可能利用我们的装置利用高通量新材料的研发。

这是我们打印的金属3D功能梯度材料，我们研制了原位材料混合装置用于梯度材料打印，这是金属与玻璃3D梯度打印的式样，我们也研究了金属与塑料功能梯度打印，这是金属与塑料梯度打印。通过数字仿真研究了多材料熔池动力特性及温度场特性。模拟结果与实验大致吻合，模拟了不同的材料比例所形成的熔池特性，同时模拟展示了不同材料对熔池行为的影响，这个模拟结果展示出不同的材料混合行为及张力所造成的变性。通过仿真研究过度层材料的行为变化及多材料凝固行为，多材料增材制造的应用是用不同材料作为支撑结构，以便溢出，溢出后原件材料性能不受影响。通过X荧光技术甄别材料变化或通过红外热成像甄别材料内部的二维码。可甄别的一种材料深度最高可达15毫米，我们实验室自研了四台多材料3D打印设备，希望建立广泛合作。我们研制了超声定点送粉多材料激光选区融化工艺，目前有许多工程问题有待大家解决，感谢团队成员，感谢大会给我这次机会，谢谢！