增材制造技术以其近乎无限制的几何复杂度和短周期小批量生产优势，正在深刻改变航空航天、医疗器械和能源装备等领域的零件制造方式。然而，增材制造金属零件的疲劳性能仍是制约其在主承力结构中大规模应用的主要瓶颈。与锻造或轧制金属相比，增材制造零件内部不可避免地存在气孔、未熔合和残余应力等缺陷，这些缺陷作为应力集中源，显著降低了疲劳裂纹萌生寿命。某型航空发动机增材制造燃油喷嘴的台架试验表明，未经后处理的激光粉末床熔融（LPBF）试样，其高周疲劳强度仅为锻造同类材料的50%至70%。这一性能差距的存在，使得建立增材制造零件的疲劳性能评估方法和设计准则成为当务之急。
增材制造零件的缺陷特征与传统制造的缺陷有本质区别。气孔是最常见的体积型缺陷，其形成机理包括熔池匙孔不稳定塌陷、保护气体卷入和粉末携带水分蒸发等。气孔通常呈球形或近似球形，尺寸从数微米到数百微米不等。未熔合缺陷则源于相邻熔道或层间搭接不足，呈扁平状或长条形，其对疲劳性能的危害远大于同尺寸的球形气孔。实验数据表明，对于316L不锈钢LPBF试样，尺寸相近的未熔合缺陷可使疲劳寿命降低至含球形气孔试样的十分之一以下。因此，豪门国际平台在疲劳评估中区分缺陷类型与形状的影响至关重要。
基于断裂力学的缺陷评估方法是目前增材制造疲劳性能评估的主流框架。该方法将内部缺陷等效为初始裂纹，利用线弹性断裂力学计算其应力强度因子，结合材料疲劳裂纹扩展速率曲线（da/dN-ΔK曲线）预测剩余寿命。Paris公式是最基本的裂纹扩展模型，但增材制造材料的裂纹扩展行为常表现出近门槛值的明显偏离和闭合效应的显著影响，需要采用修正模型如Walker方程或NASGRO方程进行更精确的描述。某研究团队提出的增材制造钛合金疲劳寿命预测框架，将缺陷尺寸分布的极值统计与裂纹扩展模型相结合，预测结果与实验数据的散差带在2倍以内。
表面粗糙度是增材制造零件疲劳性能的另一重要影响因素。LPBF零件的原始表面粗糙度Ra值通常在5至20微米范围，远高于机加工表面的0.4至1.6微米。粗糙表面的凹谷处应力集中系数可达1.5至3.0，使表面成为疲劳裂纹的首选萌生位置。实验统计表明，在表面未加工状态下，约80%至90%的疲劳裂纹萌生于表面或近表面缺陷。因此，对增材制造零件的关键受力表面进行机加工精整，是提升疲劳性能的必要措施。某型Ti-6Al-4V增材制造零件的试验数据显示，表面机加工后疲劳强度可提升40%至80%，改善幅度随应力集中系数的增大而增加。
残余应力是增材制造特有的另一个重要因素。LPBF过程中，逐层快速熔化-凝固在零件中积累了显著的残余应力。对于钛合金零件，表面残余拉应力可达200至400兆帕，与工作应力叠加后极大加速疲劳裂纹的萌生和扩展。后处理去应力退火是消除残余应力的标准方法，但退火温度和时间的选择需要在应力消除效果与微观组织稳定性之间权衡。对于Ti-6Al-4V，650摄氏度2小时退火可消除约80%的残余应力，且不引起显著的晶粒长大；800摄氏度退火虽然可消除95%以上的残余应力，但可能引发α相粗化，降低强度指标。
热等静压（HIP）是同时改善致密性和微观组织的有效后处理方法。在100至200兆帕氩气压力、920至950摄氏度条件下保持2至4小时，可使内部气孔闭合，同时将钛合金的网篮组织转变为更均匀的层状组织。大量试验数据表明，HIP处理后的Ti-6Al-4V LPBF试样，其高周疲劳强度可达到锻造材料的90%至95%。但HIP对未熔合缺陷的改善效果有限——扁平的未熔合面在高压下虽能闭合，但在后续载荷作用下容易重新张开，成为新的裂纹源。因此，HIP不能替代工艺优化，必须从源头上控制未熔合缺陷的产生。
面向增材制造的设计准则需要在传统设计准则的基础上做出适应性调整。首先是安全系数的合理选取。考虑到增材制造零件的疲劳性能分散性远大于锻造件——前者疲劳寿命的散差带可达10至100倍，后者通常为3至5倍——增材制造零件的疲劳安全系数应比同级别锻造件增加1.3至1.5倍。其次是应力集中区的几何优化。增材制造技术赋予了设计者极大的几何自由度，应充分利用拓扑优化和晶格结构设计，在保证刚度和强度的前提下降低关键区域的应力水平。某航天企业通过拓扑优化将增材制造钛合金支架的最大应力降低了35%，疲劳寿命提升了约8倍。
无损检测在增材制造零件的质量保证中扮演着关键角色。工业CT是目前检测内部缺陷的最有效手段，可检出尺寸为50至100微米的气孔和未熔合缺陷。然而，CT检测对缺陷类型的识别能力有限，球形气孔与未熔合在CT图像中的灰度差异不明显，需要结合人工智能图像识别技术加以区分。超声相控阵检测对面积型缺陷（如未熔合）具有更高的灵敏度，且检测速度更快，适合大批量零件的快速筛查。多种无损检测方法的融合应用，结合基于风险的抽样策略，将是增材制造零件疲劳质量保证的务实选择。
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