2023年12月13日下午，我院ME论坛第十八届第十二场讲座在开物馆A101成功举办。本次讲座的主题是“金属基复合材料增材制造”。
本次讲座主讲人张楷浩博士是来自香港科技大学(广州)系统枢纽智能制造学域的助理教授。他本科毕业于浙江大学能源与环境系统工程专业，在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械工程系获得硕士与博士学位，曾在麻省理工学院机械工程系从事博士后研究工作。主讲人张楷浩博士的研究专注于石墨烯强化金属基复合材料的设计和制备，以及新型金属材料增材制造方法的研究，取得了系列原创性成果。
讲座开始前，张教授先介绍了香港科技大学广州校区，学校采用独特的枢纽(hub)架构模式，以促进融合学科教育、研究及知识转移的发展。在保持四大枢纽稳定的同时，港科大(广州)采用灵活的学域(thrust)，定期做出调整，以迅速响应世界时刻变化的需求和挑战。
首先，张楷浩教授介绍了一种基于熔融液滴沉积成形的金属增材制造新方法，并揭示了其中的流动传热传质共性规律。借助电流体动力喷射打印和激光快速熔化技术相结合，该方法实现了无需高温坩埚和喷嘴的10-100微米尺度的熔融金属液滴逐滴喷射打印。通过进一步利用激光熔化快速移动的金属丝材，成功实现金属丝均匀熔断形成连续喷射的熔融液滴。更为突出的是，理论结合实验展示了通过脉冲激光熔化高速运动的304L不锈钢丝，在顶端实现Φ100-160 µm熔融不锈钢液滴的连续均匀喷射。这一新方法成功解耦了金属原料进料与增材制造能量输入过程，适用于多尺寸、多金属材料的熔融液滴制备与沉积打印。预期该技术有望突破现有粉末增材制造的局限性，实现高精度、多材料的金属3D打印。
其次，张楷浩教授介绍了一种通过石墨烯原位自生复合制备高性能金属基复合材料的方法和相应的力学强韧化机制。这项创新的方法利用化学气相沉积法在金属衬底上生长高质量的石墨烯层，实现石墨烯-金属复合薄膜材料的原位制备。由于石墨烯增强相的结构连续性，这种原位自生复合方法能够有效利用二维碳纳米材料的层内本征特性，提高石墨烯-金属界面剪切强度。同时，原位生长的石墨烯层有效阻碍了金属薄膜内部剪切带的形成，并在裂纹尖端区域提高了加工硬化性能，阻止了裂纹扩展，从而显著提高了复合材料的韧性。这一石墨烯-金属原位自生复合方法可与上述增材制造技术结合，实现石墨烯强化金属基复合材料的原位增材制造。
在最后的提问环节，张楷浩教授和学生讨论了喷射打印具体落实的细节问题。比如使用均匀高精度金属液滴喷射，需要调控激光的来调控喷射的不稳定性，但激光因为常开需要挡板，所以后续改进为电磁加热等。
张楷浩教授的讲座使学生在金属材料制备和增材制造研究方向上增加了新的思路和方法。这些创新性的发展有望推动金属3D打印及金属基复合材料的发展，为工业制造和科学研究提供更多可能性。
