增材與設(shè)計(jì)融合行業(yè)與學(xué)科共進(jìn)
——走進(jìn)金屬高性能增材制造與創(chuàng)新設(shè)計(jì)工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

人才梯隊(duì)

實(shí)驗(yàn)室成立于2015年，依托西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程、航空宇航科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程3個(gè)“雙一流”建設(shè)學(xué)科，目前在編固定人員57人，其中研究人員51人，技術(shù)人員4人，管理人員2人。研究人員中有教授17人，其中包括國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者3人，長(zhǎng)江學(xué)者3人，全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文獲得者2人。具有博士學(xué)位者53人，占研究人員總數(shù)的93%。

研究項(xiàng)目及成果應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)室以航空、航天、航海、動(dòng)力、能源、醫(yī)療等國(guó)家國(guó)防重大安全和國(guó)計(jì)民生領(lǐng)域高端裝備的跨越式發(fā)展需求為主要服務(wù)對(duì)象，以金屬增材制造技術(shù)、基于增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)和面向增材制造的創(chuàng)新應(yīng)用為主要研究方向，注重在金屬高性能增材制造的科學(xué)基礎(chǔ)、重大原創(chuàng)性技術(shù)、集成創(chuàng)新技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用服務(wù)幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的方面均衡發(fā)展，以及金屬高性能增材制造、拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)（航空、航天、航海、動(dòng)力）、精整加工的多學(xué)科協(xié)同。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自認(rèn)定5年來(lái)，緊緊圍繞增材制造和創(chuàng)新設(shè)計(jì)這兩個(gè)核心點(diǎn)，在增材制造和創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論、技術(shù)及裝備等諸多方面取得了突出的成就。

（1）通過(guò)揭示激光增材制造技術(shù)特有的點(diǎn)—線—面—體宏微觀組織貫序形成機(jī)理，發(fā)明了基于以鈦合金為代表的金屬宏微觀組織性能的主動(dòng)調(diào)控技術(shù)，將成形件的綜合力學(xué)性能提升到與鍛件相當(dāng)，解決了鈦合金高強(qiáng)韌激光增材制造中的強(qiáng)塑失配及各向異性問(wèn)題，服務(wù)大飛機(jī)等高端裝備制造。獲得兩項(xiàng)科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。

（2）針對(duì)國(guó)家重點(diǎn)型號(hào)中關(guān)鍵重要結(jié)構(gòu)件應(yīng)用增材制造時(shí)面臨的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度受限、產(chǎn)品質(zhì)量可預(yù)測(cè)性差等共性問(wèn)題，通過(guò)揭示增材制造過(guò)程中激光—粉末流—熔池耦合條件下的形性穩(wěn)定性控制機(jī)理，創(chuàng)造性地提出了沉積層穩(wěn)定生長(zhǎng)工藝控制技術(shù)，使打印結(jié)構(gòu)的“宏微觀組織生長(zhǎng)”和“外形尺寸精度”穩(wěn)定可控，顯著提升了單件打印的精確性以及多件打印的一致性。為金屬增材制造從“單件驗(yàn)證”邁入“批量打印”時(shí)代奠定重要技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）發(fā)展了工藝過(guò)程精確控制方法及技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)的增材制造裝備，突破了高效高精度送粉、高效潔凈氣體循環(huán)控制、高精度熱應(yīng)力變形仿真與控制等激光增材制造裝備關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型超低氧含量高精度激光增材制造裝備，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；こ虘?yīng)用。為金屬增材制造從“單件驗(yàn)證”邁入“批量打印”時(shí)代奠定重要裝備基礎(chǔ)。

（4）提出了多種基于增材制造工藝特性的功能結(jié)構(gòu)一體設(shè)計(jì)方法，從增材制造工藝下材料力學(xué)行為研究出發(fā)，建立了增材制造成形后材料唯象彈性本構(gòu)模型和極限強(qiáng)度準(zhǔn)則，發(fā)展了考慮懸空角、連通性等典型工藝約束的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法，形成了大規(guī)模整體結(jié)構(gòu)組件布局、點(diǎn)陣微結(jié)構(gòu)、宏觀結(jié)構(gòu)構(gòu)型3類變量的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力，開發(fā)了增材制造設(shè)計(jì)軟件框架，并應(yīng)用于航空航天多個(gè)型號(hào)的高端裝備。

上述工作不僅驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室在增材制造理論、技術(shù)和裝備研究成果上的有效性，也展示了實(shí)驗(yàn)室研究成果對(duì)我國(guó)航空航天高端裝備自主研發(fā)能力的顯著促進(jìn)作用和廣闊的應(yīng)用前景。

實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)了一批重點(diǎn)型號(hào)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的研制，解決了這些型號(hào)任務(wù)中迫在眉睫的瓶頸難題，成功地應(yīng)用于我國(guó)大型客機(jī)、新一代先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)和大型運(yùn)輸機(jī)、高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)和高速飛行器等20余個(gè)重點(diǎn)和預(yù)研型號(hào)，為航空航天領(lǐng)域內(nèi)大型研究院所和軍工企業(yè)型號(hào)研制提供了重要技術(shù)保障。應(yīng)用單位包括航空工業(yè)、航天科工、航天科技、中國(guó)航發(fā)、中國(guó)商飛等。實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化平臺(tái)西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司已經(jīng)成為具有世界影響力的3D打印公司。

相關(guān)研究成果已形成發(fā)明專利50余項(xiàng)，發(fā)表論文200余篇，出版專著4部，獲得國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)和陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。

鉑力特公司研發(fā)的系列商用激光增材制造工藝裝備

自主研發(fā)建造的LSF-V型激光立體成形與修復(fù)再制造裝備

增材制造C919飛機(jī)大型TC4合金中央翼緣條

人才培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)室以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、想象力和增材制造相關(guān)基礎(chǔ)能力為目標(biāo)，提供各種增材制造技術(shù)的實(shí)踐條件，讓學(xué)生在這里設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)或者應(yīng)用方提出的產(chǎn)品。以此帶動(dòng)具有現(xiàn)代工業(yè)和創(chuàng)意設(shè)計(jì)的人才培養(yǎng)的課程體系、課程內(nèi)容的建設(shè)，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情，提升學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)和增材制造技術(shù)的基礎(chǔ)能力。

合作與交流

實(shí)驗(yàn)室加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)增材制造單位的合作，聯(lián)合西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、西北有色金屬研究院、西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司等增材制造優(yōu)勢(shì)高校、院所企業(yè)以及航空航天等增材制造應(yīng)用企業(yè)、院所，自2016年以來(lái)聯(lián)合承擔(dān)了“高性能金屬結(jié)構(gòu)件激光增材制造控形控性研究”、“面向增材制造的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)”等多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等，系統(tǒng)開展了增材制造與創(chuàng)新設(shè)計(jì)相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范研究工作。

除此之外，實(shí)驗(yàn)室還與國(guó)際增材制造優(yōu)勢(shì)研究機(jī)構(gòu)和應(yīng)用企業(yè)建立了廣泛的合作關(guān)系，具有較強(qiáng)的國(guó)際影響力，并與歐洲空客公司簽訂合作協(xié)議，組建NPU-Airbus增材制造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，就航空類金屬構(gòu)件激光增材制造技術(shù)開展全面深入的合作研究。