專注基礎(chǔ)技術(shù)研究 助推激光智造發(fā)展
——走進(jìn)江蘇省激光三維成形與微制造工程技術(shù)研究中心

設(shè)備及團(tuán)隊(duì)

江蘇省激光三維成形與微制造工程技術(shù)研究中心（以下簡稱研究中心）占地面積合計(jì)近2000m2，主要由激光材料加工實(shí)驗(yàn)室、微制造工程測試實(shí)驗(yàn)室、三維激光成形實(shí)驗(yàn)室組成。研究中心持續(xù)投入儀器和設(shè)備共計(jì)40余臺，包括十萬級潔凈房、激光干涉儀、M2 測量儀、立式加工中心、信號發(fā)生器、影像儀、拉力測量儀、硬度計(jì)、五軸數(shù)控加工機(jī)床、激光3D 成形綜合加工系統(tǒng)、超快激光器、光纖激光器、六軸機(jī)械手KR30、激光中孔3D 成形加工頭、雙筒精密送粉器等，總投資超4000 萬元。搭建了激光微制造研究平臺、大功率數(shù)控激光切割平臺、激光三維柔性再制造平臺、激光快速成形系統(tǒng)平臺、激光焊接系統(tǒng)平臺、熔池溫度測量平臺及材料加工測試研究平臺等多個平臺，具備研發(fā)、中試及小批量生產(chǎn)能力。針對航空、冶金、機(jī)械、電子等行業(yè)開展機(jī)理研究及應(yīng)用開發(fā)。

研究中心人員分為3個團(tuán)隊(duì)：基礎(chǔ)材料激光作用機(jī)理研究團(tuán)隊(duì)36人，其中11人擁有博士學(xué)位，9人具有海外留學(xué)背景；工程設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)63人；工程測試團(tuán)隊(duì)30人。近年來研究中心完成對浙江大學(xué)、蘇州大學(xué)、江蘇大學(xué)30余名研究生的實(shí)習(xí)輔導(dǎo)。

科研項(xiàng)目

（1）超快激光微加工制造技術(shù)及裝備。

重點(diǎn)研究皮秒激光光束變換系統(tǒng)，研究具有自動識別、定位、圖像分析與處理的視覺系統(tǒng)，2500×1500范圍定位精度達(dá)到了0.005mm，重復(fù)定位精度達(dá)到了0.001mm，實(shí)現(xiàn)了2μm的激光加工線寬，以及徑深比達(dá)30∶1的10μm 小孔加工。

（2）五軸數(shù)控激光切割機(jī)。

研究三維五軸切割控制與編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)離線自動編程與示教手動編程雙編程方法。研究激光焦點(diǎn)輔助定位技術(shù)及數(shù)字激光頭高度跟隨技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料混排自動跟隨加工，研究提出誤差識別，攜手龍門軸同步技術(shù)，切割重復(fù)定位精度可達(dá)0.02mm，開環(huán)龍門軸加速度達(dá)1.2g。

（3）激光三維再制造裝備。

研究6+2軸機(jī)器人與激光加工集成技術(shù)，研究機(jī)器人高級編程和離線編程，對加工軌跡和姿態(tài)進(jìn)行計(jì)算規(guī)劃和編程，生成機(jī)器人空間姿態(tài)運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)激光與運(yùn)動速度匹配，單位長度能量匹配加工。

（4）激光快速成形增材制造工藝及裝備。

重點(diǎn)研究激光快速成形、激光金屬三維成形技術(shù)、中空激光熔覆噴頭及系統(tǒng)。

在新工藝、新裝備方面，開展自主知識產(chǎn)權(quán)的中空光光內(nèi)送料激光加工三維成形工藝開發(fā)與噴頭產(chǎn)品的系列化，開發(fā)的基于“光內(nèi)送粉、中空激光”的光內(nèi)自由成形制造（Inside-Laser Freeform Fabrication，IFF）新工藝可以實(shí)現(xiàn)變姿態(tài)/變基面的全角度自由成形，且采用光內(nèi)送粉噴嘴可以使粉末利用率達(dá)到68%以上；研發(fā)基于六軸機(jī)器人的移動式在線修復(fù)成形系統(tǒng)。

（5）激光微納制造及器件。

對金屬材料、陶瓷材料和復(fù)合材料、電子產(chǎn)品的激光微加工特性進(jìn)行研究，著重研究激光微納熔覆、微加工過程中的質(zhì)量控制、激光與化學(xué)復(fù)合加工的機(jī)理，以及柔性制造條件下的微納制造等領(lǐng)域的理論、技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化工作。

研究及產(chǎn)業(yè)化成果

近5年，研究中心先后承擔(dān)國家中小企業(yè)創(chuàng)新基金項(xiàng)目7項(xiàng)，國家863項(xiàng)目2項(xiàng)、省級科技支撐計(jì)劃1項(xiàng)、省成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目1項(xiàng)；市科技支撐計(jì)劃1項(xiàng)；市工業(yè)轉(zhuǎn)型升級項(xiàng)目1項(xiàng)；參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目3項(xiàng)。取得授權(quán)發(fā)明專利40項(xiàng)、實(shí)用新型60項(xiàng)，完成12項(xiàng)軟件著作權(quán)登記。發(fā)表SCI 收錄論文40 多篇。

研究中心利用技術(shù)優(yōu)勢，完成江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目《高功率及皮秒激光裝備制造與產(chǎn)業(yè)化》，對皮秒激光微加工系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；實(shí)現(xiàn)高功率激光切割裝備和高功率激光機(jī)器人三維柔性再制造裝備產(chǎn)業(yè)化。開發(fā)了大型龍門式五軸增材制造設(shè)備等4款五軸激光3D 增減材料加工中心；開發(fā)具有3D 動態(tài)視覺檢測的自動調(diào)焦表面加工系統(tǒng)軟件。CPU自動壓蓋機(jī)賦碼系統(tǒng)、激光3D 打印再制造系統(tǒng)等產(chǎn)品在助力下游工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級項(xiàng)目中取得突出成果。

激光精密加工系統(tǒng)

精密激光設(shè)備調(diào)試

柔性機(jī)器人加工系統(tǒng)

對外合作

與中科院合肥物質(zhì)院合作，承擔(dān)“600W 高重復(fù)頻率固體激光焊接技術(shù)與設(shè)備”省科技工業(yè)支撐項(xiàng)目研發(fā)；與清華大學(xué)簽訂合作協(xié)議，共建“天弘激光”實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行大功率激光加工技術(shù)的研究，為企業(yè)研發(fā)激光熔覆、激光表面處理等系統(tǒng)進(jìn)行前期工藝參數(shù)研究；與蘇州大學(xué)合作，建有“蘇州大學(xué)企業(yè)研究生工作站”，共同開發(fā)移動式現(xiàn)場三維激光再制造技術(shù)和裝備。

此外，與中科院物理研究所合作，承擔(dān)“十二五”國家“863 課題”——高功率及皮秒激光器產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范和“皮秒激光器產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”研究；與蘇州大學(xué)合作，參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題“高效高精度多功能激光光內(nèi)送粉熔覆噴頭研發(fā)”、“激光熔覆噴頭智能控制與系統(tǒng)集成”的研究；與浙江工業(yè)大學(xué)合作，參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題“激光復(fù)合增材制造修復(fù)與再制造技術(shù)與裝備”研究。

未來規(guī)劃

研究中心將瞄準(zhǔn)激光微納加工學(xué)科前沿和三維成形制造裝備的發(fā)展需求，進(jìn)一步開展面向航空航天高端裝備的應(yīng)用目標(biāo)，如金屬增減材激光復(fù)合成形裝備及其工藝的開發(fā)，突出高性能、高可靠性的制造特色，開展核心關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵裝備的攻關(guān)。進(jìn)一步提升精密裝備與核心技術(shù)的創(chuàng)新能力，如針對新基建項(xiàng)目5G的應(yīng)用和普及，開展超快激光微納加工共性技術(shù)的開發(fā)和關(guān)鍵核心裝備的攻關(guān)。緊抓長三角區(qū)域一體化國家戰(zhàn)略發(fā)展的新的歷史機(jī)遇，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、重視后備力量的培養(yǎng)。通過校企合作、柔性引進(jìn)等多方面的舉措，吸引高層次行業(yè)領(lǐng)軍人才的加盟，進(jìn)一步加強(qiáng)同國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的合作與交流，并逐步擴(kuò)大國際影響力，使研究中心成為長三角地區(qū)激光微納加工與三維成形工程技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的高地。