《Journal of Materials Research and Technology》：Mapping Challenges and Pathways Forward in Multi-Metal Additive Manufacturing: A Scoping Review
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近十年来，金属增材制造（Additive Manufacturing, AM）的发展推动了多金属增材制造（Multi-Metal Additive Manufacturing, MMAM）的进步。MMAM因能够在单一构件中实现定制化材料性能、梯度多功能性和复杂
近十年来，金属增材制造（Additive Manufacturing, AM）的发展推动了多金属增材制造（Multi-Metal Additive Manufacturing, MMAM）的进步。MMAM因能够在单一构件中实现定制化材料性能、梯度多功能性和复杂几何内的嵌入式结构等优势，在工业部件修复、生物医学、核反应堆及航空航天等领域具有广阔应用前景。随着相关出版物与媒体曝光度的提升，MMAM领域的研究兴趣持续增长。本范围综述旨在绘制2016年至2026年间MMAM研究的现状图谱，重点分析其面临的挑战及其根源。研究人员构建了一个MMAM挑战缓解策略框架，通过剖析各项挑战的根源并提出针对性解决方案。本综述指出MMAM面临三大核心挑战：工艺控制复杂性、材料不相容性及界面性能问题。针对这些挑战，缓解策略包括引入人工智能（Artificial Intelligence, AI）与机器学习（Machine Learning, ML）优化工艺控制、采用预测建模与材料选择设计以确保成功结合，以及通过界面工程路径减少MMAM界面缺陷。MMAM的未来发展强调需通过学术界与工业界的协作实施上述缓解策略。研究人员建议未来工作应聚焦于MMAM部件的可持续性、标准化与资质认证，以推动其工业应用。
研究背景与意义
金属增材制造技术因其可实现复杂结构设计、材料回收率高及减少浪费等优势，已成为先进制造的重要方向。多金属增材制造（MMAM）作为其子领域，能够在一件部件中集成多种金属的性能，实现功能梯度材料（Functionally Graded Material, FGM）结构、嵌入式传感器等复杂特征，在航空航天、能源、医疗等高附加值产业需求迫切。然而，MMAM仍面临工艺控制难、材料界面易形成脆性相、标准化缺失等问题，制约了其工业化进程。为此，研究人员开展了这项范围综述，系统分析2016至2026年间MMAM的研究格局、核心挑战及解决路径，为技术成熟度提升提供路线图。该研究成果发表于《Journal of Materials Research and Technology》，将为学术界与工业界提供重要的参考依据。
关键技术方法
研究人员采用PRISMA-ScR框架进行文献筛选，检索Web of Science与Scopus数据库中2016至2026年的开放获取文献，最终纳入168篇相关研究。通过对文献的计量分析，统计了年度发文趋势、区域分布、制造方法及材料组合情况。在挑战分析中，从工艺控制、材料不相容及界面性能三个维度剖析根源，并结合实验研究与数值模拟结果总结缓解策略。研究还对比了过去五年间的相关综述，识别出长期性能评估、标准化体系及工业化转化方面的空白。
研究结果
MMAM研究格局
研究显示MMAM发文量自2016年起持续增长，2024年达到峰值，亚太地区（尤其是中国）发文占比最高，欧洲与北美紧随其后。主流制造方法为激光直接能量沉积（Laser-Directed Energy Deposition, LDED）、激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion, LPBF）及电弧增材制造（Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM）。材料组合以不锈钢与镍基高温合金、钛合金、铝合金及铜合金为主，其中不锈钢–因科镍（Inconel）体系因航空航天应用需求成为研究热点。
工艺控制复杂性
工艺控制的核心难点在于熔池行为调控与加工窗口优化。熔池内的Marangoni对流、热传导及表面张力共同影响界面结合质量。不同材料组合的激光能量密度需单独优化，目前尚未形成通用标准。打印策略（如离散结构、梯度结构、阶梯结构）与送粉系统设计对减少缺陷至关重要。原位监测结合AI算法（如光学发射光谱与声发射传感器）可实时调整参数，提高成型稳定性。
材料不相容性
材料不相容主要源于热物理性能差异及有限固溶度，易导致脆性金属间化合物（Intermetallic Compound, IMC）生成。例如钛合金与钢的组合易形成TiFe等脆性相，需通过缓冲层（如钒、铬、镍中间层）设计抑制有害相。数值模拟（如CALPHAD热力学计算）可预测相形成路径，指导材料选择与梯度设计。
界面性能
界面区是MMAM最薄弱的环节，其结合机制包括熔池对流、原子扩散及化学反应。扫描速度、能量输入等工艺参数直接影响界面相组成与力学性能。例如钢–铝合金界面在高速扫描下可形成细晶共晶组织，显著提高结合强度。显微分析显示界面区易出现裂纹、孔隙等缺陷，残余应力分布受材料热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion, CTE）失配及打印方向影响显著。长期服役性能（如疲劳、腐蚀）数据仍十分匮乏，是工业化应用的主要障碍之一。
讨论与结论
MMAM技术虽在功能集成与材料利用率方面优势突出，但其工业化仍需突破三大瓶颈：一是建立材料–工艺–性能的数据库与标准化加工窗口；二是开发界面工程方法抑制IMC生成并缓解残余应力；三是完善全生命周期可持续性评估。研究人员强调，未来需加强学术界与工业界的协作，推动AI驱动的过程监控、标准化测试协议及高技能人才培养。该研究通过系统梳理MMAM的挑战与路径，为技术从实验室走向工业应用提供了重要指引。
