导读：金属部件的增材制造(AM)与传统的粉末或熔化冶金制造工艺相比，具有许多优势，表征微观结构和机械性能之间的关系仍然是这项新技术的主要挑战之一。我们结合了AISIL不锈钢的单道激光粉末床熔合(LPBF)扫描的实验研究、有限元分析、和大规模的三维离散位错动力学模拟，以提供对导致在增材制造金属中形成异质缺陷结构的潜在机制的独特理解。我们的研究结果表明，凝固胞壁位错滑移的中断是形成胞状位错结构的原因，突出了溶质偏析对增材制造部件塑性变形的重要性。这项工作为异质微结构形成提供了视角，并为可靠预测增材制造零件的最终机械性能开辟了潜力。
为了克服传统制造带来的设计和灵活性限制，金属部件的增材制造(AM)已经发展成为一种直接从点到点和逐层构建三维(3D)组件的技术一个数字模型。其中一种技术是激光粉末床融合(LPBF)，它使用高能激光熔化和重新固化金属粉末，以构建具有高分辨率的复杂组件。对于组合的实验和模拟方法，会出现各种挑战。首先，确定足以代表潜在LPBF过程的基本物理量，其次，在涉及高温、热诱导残余应力和凝固诱导的具有挑战性的热和化学环境中以物理上有意义的方式捕获位错迁移率和相互作用合金原子的偏析。因此，SS中单道LPBF扫描的实验研究通过对诱导的瞬态热机械应力的宏观有限元(FEM)分析和冷却阶段微观结构演变的DDD模拟得到增强，包括局部、空间变化的化学环境。
然而，人们对化学环境、微观结构和机械性能之间的关系知之甚少，这阻碍了对LPBF制造零件的机械性能进行可靠的预测和定制。随着增材制造正在朝着新的制造范式发展，对增材制造材料的工艺-微观结构-性能之间联系的预测能力变得越来越必要。设计微观结构是控制所需机械性能的一种方法，但是需要确定制造对微观结构演变的影响。LPBF制造零件的位错微观结构和机械性能之间的联系只能通过在机械水平上根据LPBF加工过程中的热和化学环境对观察到的微观结构演变提供可理解的解释来实现。由于特有的空间和时间过程机制，使用纯实验方法限制了在原位跟踪单个位错水平上的微观结构演变的能力，因此通常需要事后方法进行解释。
为了正确表示由LPBF过程的高度瞬态、多尺度、热弹塑性性质引起的固有复杂性，美国约翰霍普金斯大学采用了一种集成的实验数据驱动和计算引导的方法。三维(3D)离散位错动力学(DDD)模拟用于提供对凝固诱导的溶质偏析对位错系演化的影响的独特理解。通过考虑在AISILSS中单道LPBF扫描后冷却阶段局部化学和位错可塑性之间的相互作用，我们捕获了导致实验无法获得的位错亚结构形成的基本微观结构过程。相关研究成果以题“Theinterplayoflocalchemistryandplasticityincontrollingmicrostructureformationduringlaserpowderbedfusionofmetals”发表在增材顶刊additivemanufacturing上。
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