中国大连理工大学的研究团队近日开发了一种创新的混合增材制造技术，通过结合微波场与激光3D打印，旨在解决陶瓷部件在极端工业环境中的长期缺陷问题。

传统陶瓷激光3D打印过程中，会形成浅熔池并快速凝固，导致微观气泡被困在材料中，形成孔隙并成为裂纹起点，同时晶体结构排列成均匀平面带，加剧材料脆性。为应对这些挑战，由牛方勇教授领导的团队在激光照射时，将打印区域暴露于2.45 GHz微波场中。

微波能穿透材料进行体积加热，而非仅表面加热，这使得熔池的液相时间从传统方法的平均0.85秒延长至混合系统的1.86秒。更长的流动性窗口让气泡在凝固前逸出，总空隙空间减少了85.5%，孔隙率降至0.11%，剩余孔隙的平均直径缩小到约38微米。

微波场还引发了微观结构变化：残余孔隙中的气体因微波加速自由电子而获得能量，通过雪崩电离产生内部等离子体，进一步消除气泡；陶瓷中的氧化钇稳定氧化锆成分作为局部微波吸收体，产生热点区域，促使晶体以随机方向生长，破坏裂纹传播路径，提升结构均匀性。

孔隙减少和晶体生长方向重新定向的结合，使弯曲强度增加了22.2%，材料在失效前达到的最大承载能力为373.8兆帕。研究人员指出，这项微波-激光混合3D打印陶瓷技术可应用于喷气发动机部件、燃烧室衬里和发电厂涡轮机等领域，但目前演示仅限于实验室条件下的小型测试棒，规模化需在更大体积上均匀应用微波场并实时同步两种能源。

这项研究已发表在《极端制造国际期刊》上，展示了混合3D打印陶瓷技术在提升材料性能方面的潜力。