The layer-by-layer building in the laser powder bed fusion (LPBF) process can be exploited to achieve graded alloy compositions along the build direction. The local control over alloying element composition would allow for tailored material properties. This work demonstrates the use of LPBF to achieve gradient structures by mixing two austenitic steels, namely AISI 316L and Fe35Mn, by varying the relative deposition amounts of two alloy feedstocks. For this, a custom-built LPBF system equipped with a double-hopper and a mixing chamber was used. The system allowed the powders to be mixed on demand before deposition of each layer. The process parameters were studied to produce graded specimens starting from AISI 316L, and gradually changing to Fe35Mn, along the build direction. Characterization of the elemental composition verified good mixing of the elements, both due to the preparation of the mixed powder within the machine, and homogeneous melting of each new layer into the underlying layer of the build. Element-wise chemical composition control was therefore achieved by gradually substituting Ni, Cr, and Mo (in AISI 316L) with Mn (in Fe35Mn). The specimens were characterized for their mechanical properties at different chemical compositions along the build direction. The microhardness and the ultimate tensile strength could be varied from 240 HV to 150 HV and from 750 MPa to 600 MPa over 6 mm distance along the build direction. The results confirmed the functional gradient and the possibility to use this technique to design complex components with locally specified mechanical properties and geometry.

可以利用激光粉末床融合 (LPBF) 工艺中的逐层构建来实现沿构建方向的渐变合金成分。对合金元素组成的局部控制将允许定制材料特性。这项工作展示了使用 LPBF 通过混合两种奥氏体钢（即 AISI 316L 和 Fe35Mn），通过改变两种合金原料的相对沉积量来实现梯度结构。为此，使用了配备双料斗和混合室的定制 LPBF 系统。该系统允许在沉积每一层之前按需混合粉末。研究了工艺参数以生产从 AISI 316L 开始的分级试样，并沿构建方向逐渐变为 Fe35Mn。元素组成的表征证实了元素的良好混合，这既归因于机器内混合粉末的制备，也归因于每个新层均匀熔化到构建的底层中。因此，通过用 Mn（在 Fe35Mn 中）逐渐替代 Ni、Cr 和 Mo（在 AISI 316L 中）来实现元素方面的化学成分控制。沿构建方向表征样品在不同化学成分下的机械性能。显微硬度和极限抗拉强度可以在 240 HV 到 150 HV 和 750 MPa 到 600 MPa 之间变化，超过 6 mm 的距离沿构建方向。结果证实了功能梯度以及使用该技术设计具有局部指定机械性能和几何形状的复杂组件的可能性。两者都是由于在机器内制备混合粉末，以及每个新层均匀熔化到构建的底层。因此，通过用 Mn（在 Fe35Mn 中）逐渐替代 Ni、Cr 和 Mo（在 AISI 316L 中）来实现元素方面的化学成分控制。沿构建方向表征样品在不同化学成分下的机械性能。显微硬度和极限抗拉强度可以在 240 HV 到 150 HV 和 750 MPa 到 600 MPa 之间变化，超过 6 毫米的距离沿构建方向。结果证实了功能梯度以及使用该技术设计具有局部指定机械性能和几何形状的复杂组件的可能性。两者都是由于在机器内制备混合粉末，以及每个新层均匀熔化到构建的底层。因此，通过用 Mn（在 Fe35Mn 中）逐渐替代 Ni、Cr 和 Mo（在 AISI 316L 中）来实现元素方面的化学成分控制。沿构建方向表征样品在不同化学成分下的机械性能。显微硬度和极限抗拉强度可以在 240 HV 到 150 HV 和 750 MPa 到 600 MPa 之间变化，超过 6 毫米的距离沿构建方向。结果证实了功能梯度以及使用该技术设计具有局部指定机械性能和几何形状的复杂组件的可能性。并将每个新层均匀熔化到构建的底层。因此，通过用 Mn（在 Fe35Mn 中）逐渐替代 Ni、Cr 和 Mo（在 AISI 316L 中）来实现元素方面的化学成分控制。沿构建方向表征样品在不同化学成分下的机械性能。显微硬度和极限抗拉强度可以在 240 HV 到 150 HV 和 750 MPa 到 600 MPa 之间变化，超过 6 毫米的距离沿构建方向。结果证实了功能梯度以及使用该技术设计具有局部指定机械性能和几何形状的复杂组件的可能性。并将每个新层均匀熔化到构建的底层。因此，通过用 Mn（在 Fe35Mn 中）逐渐替代 Ni、Cr 和 Mo（在 AISI 316L 中）来实现元素方面的化学成分控制。沿构建方向表征样品在不同化学成分下的机械性能。显微硬度和极限抗拉强度可以在 240 HV 到 150 HV 和 750 MPa 到 600 MPa 之间变化，超过 6 毫米的距离沿构建方向。结果证实了功能梯度以及使用该技术设计具有局部指定机械性能和几何形状的复杂组件的可能性。和 Mo（在 AISI 316L 中）和 Mn（在 Fe35Mn 中）。沿构建方向表征样品在不同化学成分下的机械性能。显微硬度和极限抗拉强度可以在 240 HV 到 150 HV 和 750 MPa 到 600 MPa 之间变化，超过 6 毫米的距离沿构建方向。结果证实了功能梯度以及使用该技术设计具有局部指定机械性能和几何形状的复杂组件的可能性。和 Mo（在 AISI 316L 中）和 Mn（在 Fe35Mn 中）。沿构建方向表征样品在不同化学成分下的机械性能。显微硬度和极限抗拉强度可以在 240 HV 到 150 HV 和 750 MPa 到 600 MPa 之间变化，超过 6 毫米的距离沿构建方向。结果证实了功能梯度以及使用该技术设计具有局部指定机械性能和几何形状的复杂组件的可能性。