NIMS和大阪大学工程研究生院通过用大半径平顶激光束（即在光束横截面上强度均匀的激光束）辐照镍粉，成功地制备出了只有极少数晶体缺陷的镍单晶。该技术可用于制造多种单晶材料，包括用于喷气发动机和燃气轮机的耐热材料。

先前的研究已经报道，可以使用电子束添加剂制造来制造单晶中国建材网cnprofit.com。然而，这种技术需要昂贵的设备，并且由于需要产生真空，其操作成本也很高，限制了其广泛使用。虽然激光增材制造可以使用更便宜的设备进行，但以前使用该技术制造单晶的努力已经失败。当用激光束照射金属粉末原料时，它熔化，形成固体鈥搇iquid接口。很难在界面附近沿同一方向生长晶粒，也很难防止因其凝固而形成应变诱导缺陷。

发现这一问题归因于传统高斯激光束（即在光束横截面上具有钟形强度的激光束）的强度分布，这导致形成由具有许多晶界的取向较低的晶粒组成的多晶体。这是尼姆鈥揙萨卡大学研究生院工程研究团队成功地使用平顶激光束制造了单晶，在镍粉上形成了平坦的熔池表面。单个晶粒沿同一方向生长，应变诱导缺陷较少。无晶界的单晶易开裂，在高温下非常牢固。这项新技术提供了一种将晶体在凝固过程中产生的应变和开裂降至最低的方法。此外，该技术不需要使用籽晶，简化了添加剂制造过程。

除镍外，这种激光添加剂制造技术还可用于将其他金属和合金加工成单晶物体。喷气发动机和燃气轮机部件的形状越来越复杂，重量也越来越轻，使用耐热镍基高温合金对这些部件进行增材制造的需求也越来越大。由于单晶在高温下比多晶更强，因此它们作为耐热材料的实际应用前景广阔。预计全球将迅速加大研发力度，使用更廉价和广泛使用的激光增材制造技术来实现这一目标。

这项研究发表在《添加剂制造快报》上。