解读国家增材制造与激光制造重点专项拟立项目中的研究基础
2017年6月，增材制造“国家重点研发计划专项2017年度项目公示清单发布，计划支持的单位共有23家，支持的总经费4.5亿，其中支持的项目内容涵盖了设计算法、喷射打印头装置、智能增材制造平台、大型电子束熔丝制造技术、电子束粉末床熔化制造技术、连续纤维增强复合材料制造工艺、陶瓷增强复合材料制造装备、激光修复与再制造装备、超声增材制造技术、大型增材/减材制造装备、金属增材制造过程中监测系统、增材制造在航空航天领域的产业化研究、增材制造在个性化医疗器械领域的应用等。
本期，根据项目负责人研究过的领域来与谷友一起领略这些项目的研究基础。
西北工业大学
张卫红
面向增材制造的产品创新设计技术
合作过的研究成果：基于几何非线性的载荷可控传递结构拓扑优化方法
首先添加辅助杆单元，将约束节点载荷转化为约束节点位移，再通过约束节点位移的比值来实现载荷的可控传递，这样可以在几何非线性拓扑优化中实现载荷的可控传递，解决了背景技术几何非线性拓扑优化仅考虑整体刚度性能忽略结构局部性能的技术问题，同时这样有利于优化约束的建模以及模型的快速更改，具有较高的灵活性、普适性以及准确性，实用性好。
参考专利：CN201611230295.7
西安交通大学
邵金友
高效宽幅压电式微滴喷射阵列打印头的研发
合作过的研究成果：三维微/纳结构的流体介电泳力扫描压印成形方法
属于微纳制造领域，是一种三维微/纳结构的流体 介电泳力扫描压印成形方法。 流体介电泳力是针对在电场中的介电液体而言的，该力作用在气液界面，从液相指向气相，拉动介电流体而运动。流体介电泳力可以有效的控制微/纳流体的流动，目前在微流控中已获得广泛的应用。 已有研究表明，利用介电泳力来驱动预聚物填充模具腔体，以代替传 统的机械压力压印过程，从而可以克服较大的机械压力带来的弊端。
参考专利：CN201110192995.2
南京理工大学
廖文和
智能化增材制造系统平台
合作过的研究成果：不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置
不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置：包括工作台、成形缸、喷粉装置和铺粉装置，成形缸上表面设置在工作台上，喷粉装置和铺粉装置分别设置在成形缸两侧，喷粉装置特征在于：包括喷粉电动导轨、支座、喷嘴电动导轨、喷嘴，喷嘴设置在喷嘴电动导轨上，喷嘴电动导轨通过支座设置在喷粉电动导轨上，喷粉电动导轨固定在工作台上，铺粉装置包括粉末漏斗、刮粉电动导轨和支架，粉末漏斗通过支架设置在刮粉电动导轨上，刮粉电动导轨固定在工作台上。本发结合选择性激光熔融和激光熔覆同轴送粉技术，解决了梯度材料复合增材制造中有效回收粉末、成形任何方向梯度复杂零件的问题。
参考专利：CN201410532792.7
中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所
巩水利
高性能大型金属构件电子束熔丝增材制造装备与工艺
合作过的研究成果：中强高韧性电子束熔丝堆积快速成形构件用钛合金丝材
特征在于：丝材的成分及重量百分比为Al：6.2%~7.0%；V：4.0%~5.0%；O：0.13~0.24%；Fe≤0.1%；余量为Ti和不可避免的杂质元素。研究成果还相应地提供了上述丝材的熔炼、热加工和其电子束快速成形构件的热处理工艺，不仅可以满足电子束熔丝堆积快速成形技术的工艺要求，而且所制造的航空工业上应用的构件具有较好的综合性能。
参考专利：CN201210243512.1
其他成果包括，电子束快速成形填丝加工装置，参考专利：CN201210244118.X
960MPa强度级电子束熔丝堆积快速成形构件用α+β型钛合金丝材，参考专利：CN201210243109.9
华中科技大学
余圣甫
高性能大型金属构件电子束熔丝增材制造装备与工艺
合作过的研究成果：用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法
通过电磁感应线圈产生感应磁场，感应磁场作用于熔池对熔池产生搅拌作用，细化熔池区材料的晶粒，提高材料性能，减少堆焊缺陷，保证堆焊质量，同时感应磁场使得堆焊焊丝内部产生涡流完成了焊丝预热，从而在不增加堆焊能量输入的情况下，提高了堆焊速度。
参考专利：CN201611256576.X
清华大学，赵海燕，复杂精密金属构件电子束粉末床增材制造装备与工艺
机械科学研究总院
单忠德
连续纤维增强复合材料增材制造装备与工艺
合作过的研究成果：长纤维热塑性复合材料构件的三维打印成形方法
属于复合材料成型技术领域，通过将增强纱线扩展成较薄的纱线带，并与牵伸后的树脂带进行充分浸润形成单层预浸纱，单层预浸纱经定型装置挤压后形成具有指定形状和尺寸的预浸丝束，预浸丝束在导向装置的牵引下经压实装置加热熔融后与上一层复合材料粘结在一起，形成复合材料层合结构。该方法通过对连续纤维的展开和基体材料的牵伸，有效提高了纱线与树脂的浸润效果，从而提高纤维与基体的界面结合强度，预浸丝束可以任意角度打印，同时经压实装置压实后，纤维体积分数显著提高，可实现具有复杂结构高性能复合材料构件的增材制造。
参考专利：CN201610988049.1
其他成果包括，激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺及设备，参考专利：CN201610888181.5
铺砂打印一体化的3D打印成形装置，参考专利：CN201610766471.2
西北工业大学
成来飞
高强韧陶瓷复合材料增材制造关键技术与装备
合作过的研究成果：C/SiC-HfB2-HfC超高温陶瓷基复合材料的制备方法，参考专利：CN201410203159.3
电泳沉积CNTs增强陶瓷基复合材料的制备方法，参考专利：CN201410355693.6
浙江工业大学
姚建华
激光复合增材制造修复与再制造技术与装备
合作过的研究成果：用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末及其再制造方法
激光再制造方法包括以下步骤：(1)先对转子轴颈失效部位进行车削加工，使表面清洁、平整，并除油；(2)将干燥的铁基合金粉末放入送粉器中；(3)调整激光位置至待修复区域，编辑程序；(4)设定激光工艺参数；(5)根据实际需要重复熔覆多层至超过目标尺寸并留有加工余量；(6)采用车床车削至目标尺寸；(7)硬度及裂纹检测。效果是：涂层性能近似于原新品，且工艺适应性宽，重复性一致，操作性强。
其他成果包括：选区激光熔化成型钛合金的表面化学氧化方法，参考专利：CN201710128768.0
哈尔滨工程大学
姜凤春
大型金属制件超声微锻造辅助激光增材制造技术与装备
合作过的研究成果：基于超声波固结成形辅助复合材料Ti/Al3Ti的快速制备方法
将剪好的Al带和Ti带置于超声波清洗器中，用酒精清洗15‑20min；按照“Ti带‑Al带”顺序叠放，利用超声波固结快速成型设备制备Ti/Al预制带材；将超声波固结快速成形制备的Ti/Al预制带材从基板剥离，置于真空热压炉中热压烧结制备Ti/Al3Ti层状复合材料本发明针对制备Ti/Al3Ti层状复合材料传统的金属箔冶金技术反应速度慢，制备周期长等问题而提出，解决了传统制备Ti/Al3Ti层状复合材料方法反应速度低，制备周期长等问题，为进一步Ti/Al3Ti复合材料产业化提供了新的技术途径。
参考专利：CN201610835450.1
华中科技大学，曾晓雁，大尺寸、高精度复杂金属构件激光增材/减材复合制造技术及装备研究
武汉大学
刘胜
金属增材制造在线监测系统
合作过的研究成果：基于光栅多级衍射同步干涉实现多分辨率、多自由度干涉测量的系统及方法
基于光栅多级衍射同步干涉实现多分辨率、多自由度干涉测量的系统及方法。创造性的提出了一种集成屏替代通常云纹干涉测量中的读数栅，实现了多级次衍射光的干涉实现和利用（限于激光功率较低、读数光栅固定的衍射角度限制，利用超过正负1级衍射光线进行干涉测量的情况较少），尤其有利于亚纳米级测量，因为，对于纳米级、亚纳米级精度测量时其稳定性往往不好，以不同的灵敏度（利用多级衍射光进行干涉测量）、多次同步复测综合判断尤为重要；另一方面，最近几年激光器制作技术有了很大发展，利用高级次衍射光进行干涉测量逐渐成为可能。
2017年6月，增材制造“国家重点研发计划专项2017年度项目公示清单发布，计划支持的单位共有23家，支持的总经费4.5亿，其中支持的项目内容涵盖了设计算法、喷射打印头装置、智能增材制造平台、大型电子束熔丝制造技术、电子束粉末床熔化制造技术、连续纤维增强复合材料制造工艺、陶瓷增强复合材料制造装备、激光修复与再制造装备、超声增材制造技术、大型增材/减材制造装备、金属增材制造过程中监测系统、增材制造在航空航天领域的产业化研究、增材制造在个性化医疗器械领域的应用等。
沈阳飞机工业（集团）有限公司，李克明，新概念结构增材制造技术在航空航天制造领域的产业化应用示范
上海交通大学
沈国芳
硬组织病损精准治疗的个性化医疗器械增材制造技术集成和应用示范
合作过的研究成果：钛合金颏成型截骨导板
包括：截骨导板本体，所述截骨导板本体的内侧形成与颏部骨表面紧密贴合的弧形面；在所述截骨导板本体的两端均开有可容纳电锯片的截骨槽，所述截骨槽与截骨线位置、截骨量吻合一致；在所述截骨导板本体的两端还均设置有三个固定孔，三个所述固定孔成三角形的分布方式设置。钛合金颏成型截骨导板，可避免术中颏部骨就位不精确的问题，同时不再需要对成品钛接骨板进行弯制，且设置的截骨槽可引导锯片截骨的角度，从而使手术更加精确，能够指导颏部骨截骨手术。
参考专利：CN201520975430.5
北京神舟航天软件技术有限公司，章翔峰，面向创新创业的3D打印云服务平台研发及应用
清华大学，曲良体，超快激光微纳制造机理及新方法
武汉锐科光纤激光技术股份有限公司
李成
工业级大功率光纤激光器关键技术及产业化
合作过的研究成果：高功率全光纤激光器的反馈光隔离器
用于高功率全光纤激光器的反馈光隔离器，由输入尾纤、准直透镜、等腰直角棱镜、聚焦透镜、输出尾纤和反馈光吸收区组成，输入尾纤和准直透镜安装在一起成输入光纤准直器，聚焦透镜和输出尾纤安装在一起成输出光纤准直器，等腰直角棱镜放置在输入光纤准直器、输出光纤准直器之间，且等腰直角棱镜的直角正对着聚焦透镜的中心，反馈光吸收区设计在等腰直角棱镜的两个直角面对应处，整体封装成反馈光隔离器。本实用新型很方便的接入光纤激光器光路，正向激光可无损通过，反馈回来的反向激光被等腰直角棱镜反射至隔离器壁后通过冷却系统将热量带走，而不会沿光纤反射至光纤激光器谐振腔内。
参考专利：CN201621107033.7
清华大学
刘强
制造用紫外激光器
合作过的研究成果：光纤激光准直系统
光纤激光准直系统，由光纤激光器，光纤输出端头，准直透镜，准直器位移驱动组件，波面校正组件，分光器件，聚光元件，传感元件和控制系统组成。光纤激光器输出激光由输出光纤从输出端输出；输出激光经准直透镜准直后发射到波面校正组件上，经波面校正组件波面校正后发射到分光器件，大部分激光通过分光器件反射输出，少部分激光透射到聚焦镜后汇聚到传感元件上。闭环控制组件通过对传感元件输出信号的处理，反馈信号闭环控制波面校正组件和准直透镜位移驱动组件。
参考专利：CN201310636764.5
广东正业科技股份有限公司，陈歧岱，典型硬脆构件的超快激光精密制造技术及装备
西安交通大学
杨树明
复杂微细结构的激光加工与测量技术及装备
合作过的研究成果：光纤白光干涉内窥镜三维测量系统
光纤白光干涉内窥镜三维测量系统，包括光纤干涉装置和测量探头，光纤干涉装置由带宽耦合光纤LED、光纤耦合器、压电陶瓷和光探测器构成，测量探头由光纤干涉臂和电子内窥镜CCD组成。两光纤干涉臂分别接光纤耦合器的两输出端用于投射干涉条纹到被测物体，电子内窥镜CCD采集经被测物调制过的条纹图像，分别采用七步相移算法和加窗傅里叶变换法实现静态物体和动态物体的三维测量。采用的光纤器件，具有尺寸小、结构紧凑、灵活性良好等特点；采用光纤白光干涉装置投射条纹，可提高条纹密度，进而提高测量精度，并且适合于高精度、不连续表面三维形貌测量；将内窥镜技术与光纤白光干涉技术相结合，同时具备灵活性以及测量精度高的特点。
参考专利：CN201610034260.X
中南大学
段吉安
光电器件超精密激光焊接技术与装备
合作过的研究成果：基于磁流变技术的同轴型光电子器件自动耦合焊接装置
基于磁流变技术的同轴型光电子器件自动耦合焊接装置，包括机架、上夹具、下夹具、多个的焊接装置以及自动旋转平台，下夹具包括夹具安装座和夹紧组件，夹紧组件通过一角度自动调整机构安装于夹具安装座上，角度自动调整机构包括外壁上设有凸球面的球面套筒，夹紧组件装设于球面套筒的内孔中，夹具安装座设有安装通孔，安装通孔的孔壁上设有凹球面，球面套筒装设于安装通孔内，且凸球面与凹球面球铰接配合，凸球面和凹球面配合处设有容置腔，容置腔内填充有磁粉或磁流变液，夹具安装座上设有励磁绕组；夹具安装座通过对准装置装设于自动旋转平台上。本发明具有结构简单紧凑、制作成本低、耦合效率高、易于保证耦合精度等优点。
参考专利：CN201510269545.7
清华大学
邹贵生
激光高性能连接技术与装备
合作过的研究成果：提高陶瓷接头高温性能的连接方法，参考专利：CN00107492.X
半固态连接材料及其制备与连接方法，参考专利：CN00107491.1
哈尔滨工业大学
郭斌
大型复杂构件激光高效清洗技术与装备
合作过的研究成果：Ti‑22Al‑25Nb合金表面自生成高强耐磨层的方法
为了解决现有表面镀层的工艺复杂，适合的镀层材料较少，同时镀层还存在失效脱落的问题。方法：一、表面清理；二、通过热处理使合金件充分受热，组织转变充分。在合金表面会形成一层富α2相层；三、去除表面的氧化层。可以大幅降低合金的生产成本，增加合金镀膜的使用寿命。
参考专利：CN201710031452.X
(责任编辑：admin)
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