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，3D科学谷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。（本文分为两部分，此为上半部分。）
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。
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