鍥而不舍追求技術(shù)創(chuàng)新 腳踏實(shí)地促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化
——走進(jìn)廣州市非傳統(tǒng)制造技術(shù)及裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

[編者按]廣州市非傳統(tǒng)制造技術(shù)及裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于2016年批準(zhǔn)組建，2019年通過廣州市科技局驗(yàn)收，目前是華南地區(qū)唯一成規(guī)模的特種加工專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室針對(duì)航空航天、海工裝備等國(guó)家重大產(chǎn)業(yè)需求、面向大灣區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，在激光、超聲、電解、電火花加工等方向開展新理論、新技術(shù)、新裝備的研究，近年來開辟了海工裝備、微流控芯片研究新領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)室致力于創(chuàng)建良好學(xué)術(shù)氛圍，培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的高素質(zhì)人員，為國(guó)家和大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供技術(shù)和人才支持。

實(shí)驗(yàn)室概況

實(shí)驗(yàn)室依托廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，是省部共建精密電子制造技術(shù)與裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分。近年來，在廣東省政府高水平大學(xué)建設(shè)經(jīng)費(fèi)的支持下，購(gòu)置了價(jià)值3千余萬元的高檔儀器設(shè)備，如國(guó)內(nèi)高校中唯一的大功率激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，各類飛秒、納秒激光器，高精密微細(xì)電火花機(jī)床，六軸數(shù)控電火花機(jī)床，三菱慢走絲線切割機(jī)床，多臺(tái)套自制多軸數(shù)控電解和超聲加工機(jī)床等，實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地面積1000平方米。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有人員18人，包括博士生導(dǎo)師4人，碩士生導(dǎo)師14人，其中廣東省特支計(jì)劃教學(xué)名師1人，青年拔尖人才1名，珠江科技新星1人，實(shí)驗(yàn)室主任為張永俊教授。成員90%以上有國(guó)外留（訪）學(xué)經(jīng)歷，均具有博士學(xué)位。實(shí)驗(yàn)室張永康教授是現(xiàn)任機(jī)電學(xué)院院長(zhǎng)，長(zhǎng)期致力于抗疲勞制造研究，曾獲國(guó)家技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)家技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)專利金獎(jiǎng)等10余項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。實(shí)驗(yàn)室近5年承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目15項(xiàng)，其他省部級(jí)項(xiàng)目20余項(xiàng)，總經(jīng)費(fèi)超4000萬元，發(fā)表SCI論文70余篇，出版專著1部，授權(quán)發(fā)明專利300余件，獲得廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國(guó)好設(shè)計(jì)金獎(jiǎng)、日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展最高級(jí)別獎(jiǎng)項(xiàng)“特別嘉許金獎(jiǎng)”等。

研究項(xiàng)目及課題

近年來，針對(duì)國(guó)家和大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，實(shí)驗(yàn)室開展了一系列原創(chuàng)性的研究。

（1）激光鍛造增材制造、激光微納加工。提出的雙束激光鍛造增材制造新工藝，改善了抗疲勞性能，獲得了第一個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金資助，獲批了第一個(gè)國(guó)內(nèi)發(fā)明專利和第一個(gè)美國(guó)專利，經(jīng)同行專家鑒定：研制的雙屏顯示變脈沖寬度單縱模固體激光器（14.5～26.2ns，10J，10Hz）屬于我國(guó)首臺(tái)多功能雙激光沖擊鍛造增材制造成套裝備；采用飛秒、納秒激光器開展硬脆材料激光精細(xì)加工基礎(chǔ)理論與方法研究，解決了電子制造領(lǐng)域的光電材料和器件加工難題。

（2）海工裝備研究。作為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的重要途徑之一，海上風(fēng)能受到世界各國(guó)高度重視。針對(duì)風(fēng)大、浪高、水急深水區(qū)運(yùn)輸和安裝大型風(fēng)機(jī)的世界級(jí)難題，提出了安裝平臺(tái)抗疲勞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與拓?fù)鋬?yōu)化新方法；攻克了巨型樁腿失穩(wěn)、平穩(wěn)自升降失控、葉片吊裝失準(zhǔn)三大世界性難題；研制出作業(yè)水深45米、55米和80米等系列安裝平臺(tái)，被國(guó)際海洋工程領(lǐng)導(dǎo)者比利時(shí)DEME公司等行業(yè)巨頭評(píng)為世界上最先進(jìn)的海上風(fēng)電安裝船。創(chuàng)新成果與產(chǎn)品在我國(guó)、英國(guó)、丹麥、德國(guó)等國(guó)內(nèi)外著名海上風(fēng)電場(chǎng)已開展大規(guī)模應(yīng)用，不斷創(chuàng)新了海上風(fēng)機(jī)安裝的世界紀(jì)錄，2016年在英國(guó)完成世界首批32臺(tái)8MW風(fēng)機(jī)安裝。工程應(yīng)用入選央視和英國(guó)BBC聯(lián)合攝制紀(jì)錄片《改變地球的一代人》。同時(shí)開展了輕量化焊接成形制造部件的海洋腐蝕機(jī)理及環(huán)境敏感斷裂機(jī)理研究，開發(fā)了環(huán)保高效的船體表面磨料水射流除漆、除銹、防銹一體化裝備。

（3）電解加工新方法研究。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心復(fù)雜構(gòu)件、醫(yī)療和新能源汽車關(guān)鍵零部件的精密、高效、低成本加工需求，發(fā)明了全新電解銑削新工藝，揭示了新工藝中電解液流變規(guī)律及其產(chǎn)物輸運(yùn)特點(diǎn)，探究了電解銑削表面微觀組織結(jié)構(gòu)的演變過程及控制方法，實(shí)現(xiàn)加工效率和精度跨越式提高，尤其是實(shí)現(xiàn)了普適應(yīng)用，可以解決離心葉輪、擴(kuò)壓器、傳動(dòng)軸內(nèi)齒和其他航空零件加工中高工具損耗難題，也為醫(yī)療器械微細(xì)異形結(jié)構(gòu)提供了唯一解決方案。針對(duì)航空、兵器工業(yè)需求，提出了深窄槽的管電極電解銑削新技術(shù)，突破了困擾行業(yè)的技術(shù)瓶頸。

（4）金屬基復(fù)合材料電解電火花復(fù)合加工。碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是第三代電子封裝材料的代表，針對(duì)大體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)大，硬度、熔點(diǎn)高，導(dǎo)電性差等導(dǎo)致的加工精度和表面質(zhì)量差，加工效率低以及電極損耗大等問題，重點(diǎn)完成了加工過程的理論建模、加工機(jī)理分析、裝備研制、高精度打孔以及三維復(fù)合放電銑削等工藝研究；解決了新型電極研制、多能量協(xié)同作用等關(guān)鍵問題，取得了重要理論及實(shí)驗(yàn)成果，加工效率是電火花加工同類材料的10～20倍，加工尺寸精度達(dá)到±5μm，表面粗糙度Ra達(dá)到0.2μm，工具損耗為現(xiàn)有電化學(xué)放電加工的七分之一以下。

（5）超聲加工研究。早在2006年，在廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目資金的資助下開展了超聲加工基礎(chǔ)理論和技術(shù)的研究，提出并完善了自己的超聲振子設(shè)計(jì)方法，開發(fā)的近百套超聲磨削裝置在企業(yè)陸續(xù)投入應(yīng)用，獲得用戶高度認(rèn)可。獨(dú)創(chuàng)的引線鍵合超聲振子結(jié)構(gòu)，端部能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜微軌跡運(yùn)動(dòng)，性能超越現(xiàn)有產(chǎn)品。多年來，在超聲加工領(lǐng)域申請(qǐng)了系列核心發(fā)明專利，全部超聲零部件和電源均自主設(shè)計(jì)與制造。

（6）專用電火花線切割機(jī)床和專機(jī)研制。開發(fā)了用于裂解連桿應(yīng)力槽加工的雙向同步電火花線切割機(jī)床，為企業(yè)減少直接投入近千萬元；配套研制的連桿裂解加工機(jī)床，具有低成本、高效率、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在廣東、江蘇企業(yè)生產(chǎn)線上穩(wěn)定運(yùn)行；首創(chuàng)的多槽同步電火花線切割機(jī)床，可用于航空、汽車等領(lǐng)域環(huán)形工件的分塊切割，配套開發(fā)了分時(shí)輸出脈沖電源，建立了相關(guān)的控制模型，實(shí)際加工效率提高3倍，內(nèi)應(yīng)力變形大幅減少。

（7）自動(dòng)化焊接工藝和設(shè)備研究。2017年，為行業(yè)內(nèi)唯一上市公司——湖南泰嘉新材料科技股份有限公司開發(fā)“硬質(zhì)合金帶鋸條全自動(dòng)精密電阻焊裝備”，形成了年產(chǎn) 30萬米硬質(zhì)合金帶鋸條的生產(chǎn)能力，比較現(xiàn)有帶鋸條生產(chǎn)模式，柔性化生產(chǎn)線固定資產(chǎn)投入降低 74%，材料成本下降80%。項(xiàng)目成果對(duì)促進(jìn)我國(guó)帶鋸條行業(yè)的發(fā)展和推廣異種金屬焊接技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程具有深遠(yuǎn)的意義。

（8）聲流體學(xué)和微流控芯片技術(shù)的研究。開展聲流體學(xué)研究，通過設(shè)計(jì)、加工、組裝精密的超聲微機(jī)械系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效的聲鑷技術(shù)；同時(shí)通過建立聲流體數(shù)學(xué)物理模型，探究微腔道內(nèi)的聲流體效應(yīng)及其影響規(guī)律、揭示微納顆粒的聲學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，最終實(shí)現(xiàn)無接觸和無創(chuàng)的顆粒/細(xì)胞操控。開發(fā)了基于微流控芯片的系列檢測(cè)設(shè)備，并進(jìn)入市場(chǎng)銷售。

復(fù)合電加工高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（70%）精密三維結(jié)構(gòu)

對(duì)外交流與合作

實(shí)驗(yàn)室對(duì)外交流頻繁，先后與英國(guó)諾丁漢、瑞士聯(lián)邦理工、日本東京農(nóng)工、比利時(shí)魯汶大學(xué)等高校建立了聯(lián)系，接待和派遣師生進(jìn)行交流。積極參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議，掌握學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)。

實(shí)驗(yàn)室成立之初確定了求真、務(wù)實(shí)宗旨，從工藝提出到設(shè)備研制，核心硬件自行開發(fā)，強(qiáng)調(diào)成果轉(zhuǎn)化；地處國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)之一的大灣區(qū)，產(chǎn)業(yè)需求旺盛，有利于成果的落地；主要負(fù)責(zé)人來自國(guó)內(nèi)航空院校，對(duì)軍民融合技術(shù)情有獨(dú)鐘，熱切期待著能與科研院所開展實(shí)質(zhì)性的合作。

未來規(guī)劃和研究重點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)室將持續(xù)強(qiáng)化基礎(chǔ)創(chuàng)新研究，尤其鼓勵(lì)年輕人提出從無到有的原創(chuàng)性思想；對(duì)初獲證明的新工藝抓緊投入應(yīng)用，早日創(chuàng)造價(jià)值；不斷拓展特種加工技術(shù)新應(yīng)用，同時(shí)在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)新課題，使項(xiàng)目研究“頂天立地”；瞄準(zhǔn)國(guó)家重大產(chǎn)業(yè)需求開展研究工作，爭(zhēng)取5年內(nèi)產(chǎn)生2項(xiàng)標(biāo)志性高水平研究成果并得到應(yīng)用；培養(yǎng)2～3名具有國(guó)際視野、專業(yè)能力強(qiáng)、樂于奉獻(xiàn)的青年拔尖人才，通過5～10年建設(shè)，使實(shí)驗(yàn)室成為國(guó)內(nèi)外有一定影響力的高水平研究基地。