畢云杰研究員 -季華實驗室

畢云杰研究員


季華實驗室  金屬增材制造研究團隊
一、研究方向

金屬增材制造研究將面向航空航天、燃氣輪機、核電等國家戰(zhàn)略重點領(lǐng)域增材制造產(chǎn)品研制的重大需求，從材料、關(guān)鍵設(shè)備、工藝及產(chǎn)品應用出發(fā)，進行創(chuàng)新性研究，以工程化及產(chǎn)業(yè)化為聚焦點，解決相關(guān)行業(yè)在關(guān)鍵零部件設(shè)計及快速開發(fā)方面的技術(shù)難題。

二、核心技術(shù)

季華實驗室金屬增材制造研究團隊以海外引進高層次人才為核心，以航空航天產(chǎn)品應用為市場導向，圍繞增材制造材料、工藝和裝備三個核心技術(shù)建立全流程研究。

團隊擁有機械設(shè)計、電氣設(shè)計、軟件設(shè)計、產(chǎn)品仿真優(yōu)化設(shè)計、材料工藝等多學科科研和工程人員，在新材料開發(fā)、新型霧化工藝及航空航天增材制造應用等領(lǐng)域擁有國際一流的科研水平。

（1）通過對全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究，解決金屬增材制造產(chǎn)品及應用中的核心技術(shù)問題；

（2）從產(chǎn)品應用特征和材料物理性能出發(fā)，研發(fā)新型霧化裝備、大型增材制造設(shè)備及相關(guān)工藝技術(shù)，突破金屬增材制造中的及時瓶頸；

（3）圍繞航空航天關(guān)鍵零部件，開展增材制造裝備、工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和認證標準等建設(shè)，助力國家戰(zhàn)略需求，推動中國先進制造發(fā)展，從而實現(xiàn)可持續(xù)創(chuàng)新的科研平臺。

三、主要成果

通過對標國內(nèi)外先進增材制造設(shè)備和技術(shù)，團隊瞄準重大裝備、先進材料和關(guān)鍵工藝，以工程化和產(chǎn)業(yè)化為目標，開展了自主研發(fā)與技術(shù)集成，完成了兩項大型裝備的研制，并展開了一些列相關(guān)的材料、工藝及航空航天產(chǎn)品研發(fā)。

（1）聚焦我國航空航天發(fā)展的戰(zhàn)略需要，解決超大尺寸復雜零部件難加工、研發(fā)周期長等技術(shù)難題，發(fā)揮增材制造的設(shè)計靈活性和快速成形性等特點，團隊自主研發(fā)了超大尺寸專用增材制造裝備，實現(xiàn)打印尺寸≥600mm的激光選區(qū)熔化打印樣機，采用雙激光、變焦光斑和可替換軌道式打印倉等創(chuàng)新設(shè)計，為后期開展航空航天產(chǎn)品的增材制造工藝和性能研發(fā)，實現(xiàn)高效、精準、穩(wěn)定增材制造工藝提供了設(shè)備上的保障，為解決航空航天大尺寸構(gòu)件的快速研制和測試提供了技術(shù)支撐。



（2）面向大型復雜航空航天結(jié)構(gòu)件零部件在承力方面的需求，特別是提高抗疲勞性能的需求，團隊自主研發(fā)了大型同軸送粉-同位微鍛激光熔覆增材制造專用裝備，在實現(xiàn)大尺寸零部件的增材制造打印成型基礎(chǔ)上，通過新型同位微鍛的創(chuàng)新工藝，控制打印過程中的微觀組織和打印缺陷，改善增材制造打印構(gòu)件的力學性能，為解決大型航空航天結(jié)構(gòu)件的力學性能穩(wěn)定性和抗疲勞性提供了新的技術(shù)方案，為突破金屬增材制造航空航天產(chǎn)品在承力結(jié)構(gòu)件中的應用提供了設(shè)備和技術(shù)支撐。



（3）金屬增材制造研究項目聚焦增材制造材料、關(guān)鍵設(shè)備、工藝及產(chǎn)品應用，開展創(chuàng)新性研究工作，解決金屬增材制造在工程化應用中的共性問題。針對航空航天關(guān)鍵零部件，目前團隊完成了2種基于功能優(yōu)先設(shè)計的新型航空熱交換器的開發(fā)，采用仿真模擬、打印工藝參數(shù)和后處理優(yōu)化，實現(xiàn)了一體化快速制造，在滿足應用性能的基礎(chǔ)上，換熱效率提升了20%左右。與傳統(tǒng)制造工藝相比，采用增材制造技術(shù)打印的新型航空發(fā)動機燃燒室，其研制周期縮短了50%，同時提高了結(jié)構(gòu)完整性、減輕了構(gòu)件重量、提高了燃燒效率，為未來快速研發(fā)高效航空發(fā)動機開辟了新的路徑。



四、未來計劃

金屬增材制造研究將聚焦航空航天、高端制造、新能源交通等高端市場，建立金屬增材制造原材料研發(fā)和制備基地、專用裝備研發(fā)和測試基地、打印工藝研發(fā)實驗室， 從金屬3D打印關(guān)鍵設(shè)備、高品質(zhì)材料、工藝技術(shù)和產(chǎn)品應用出發(fā)，進行研究，解決金屬增材制造過程中的共性技術(shù)問題，為工程化和工業(yè)化應用奠定基礎(chǔ)。

（1）針對當前航空航天發(fā)展市場需求、關(guān)鍵核心技術(shù)國產(chǎn)化的迫切需要，自主研發(fā)超大尺寸金屬3D打印及增材微鍛裝備，推進大尺寸金屬3D打印裝備驗證平臺，滿足大尺寸復雜構(gòu)件和承載構(gòu)件的研發(fā)及生產(chǎn)的要求。并針對超大尺寸3D打印和輔助設(shè)備的開發(fā)設(shè)計，及關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化開展測試研究，打造自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計制造、整機裝配、打印驗證、核心零部件研發(fā)和在線監(jiān)測等四大功能流程，建立3D打印裝備驗證及測試標準，為解決大尺寸3D打印制造過程中關(guān)鍵設(shè)備零部件、產(chǎn)品質(zhì)量和原材料穩(wěn)定性等提供全流程、全方位的技術(shù)支持和工程化解決方案。

（2）以3D打印工藝及應用需求為出發(fā)點，展開3D打印專用金屬材料的研發(fā)和制備，解決金屬增材制造粉末原材料市場面臨的主流合金材料種類少、粉末生產(chǎn)成本高、粉末批次質(zhì)量不穩(wěn)定及粉末制備工藝效率低的問題。開展新型粉末霧化工藝及裝備研究，為航空增材制造提供高品質(zhì)、低成本鈦合金和鋁合金粉末原材料。

（3）通過增材制造打印在線監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析，建立打印產(chǎn)品的質(zhì)量控制標準，以及在工業(yè)應用上的實施方案，實現(xiàn)工藝開發(fā) - 供應鏈認證 - 材料性能開發(fā) - 零部件設(shè)計認證 - 質(zhì)量控制。推進航空航天增材制造產(chǎn)品的測試和認證，聚焦產(chǎn)品的可靠性及重復性、無損檢測技術(shù)，建立產(chǎn)品制造過程的關(guān)鍵控制點，并規(guī)范化。

（4）培養(yǎng)及凝聚高端增材制造領(lǐng)域科研人才以及提升粵港澳大灣區(qū)的科技創(chuàng)新能力，推動增材制造科技發(fā)展和高端制造等領(lǐng)域的應用。使季華實驗室成為先進增材制造基礎(chǔ)研究、應用發(fā)展和人員培養(yǎng)的重要基地，形成較高國際影響力。

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