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)略重點領域增材制造產(chǎn)品研制的重大需求，從材料、關鍵設備、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，解決相關行業(yè)在關鍵零部件設計及快速開發(fā)方面的技術難題。

二、核心技術

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建立全流程研究。

團隊擁有機械設計、電氣設計、軟件設計、產(chǎn)品仿真優(yōu)化設計、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域擁有國際一流的科研水平。

（1）通過對全產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術的系統(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、大型增材制造設備及相關工藝技術，突破金屬增材制造中的及時瓶頸；

（3）圍繞航空航天關鍵零部件，開展增材制造裝備、工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和認證標準等建設，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)外先進增材制造設備和技術，團隊瞄準重大裝備、先進材料和關鍵工藝，以工程化和產(chǎn)業(yè)化為目標，開展了自主研發(fā)與技術集成，完成了兩項大型裝備的研制，并展開了一些列相關的材料、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)周期長等技術難題，發(fā)揮增材制造的設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備和技術支撐。



（3）金屬增材制造研究項目聚焦增材制造材料、關鍵設備、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。針對航空航天關鍵零部件，目前團隊完成了2種基于功能優(yōu)先設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打印關鍵設備、高品質(zhì)材料、工藝技術和產(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問題，為工程化和工業(yè)化應用奠定基礎。

（1）針對當前航空航天發(fā)展市場需求、關鍵核心技術國產(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打印和輔助設備的開發(fā)設計，及關鍵零部件的國產(chǎn)化開展測試研究，打造自主知識產(chǎn)權的設計制造、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打印制造過程中關鍵設備零部件、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，建立產(chǎn)品制造過程的關鍵控制點，并規(guī)范化。

（4）培養(yǎng)及凝聚高端增材制造領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)展和高端制造等領域的應用。使季華實驗室成為先進增材制造基礎研究、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。

主頁：http://jihualab.ac.cn/kygz/yjtd/kytd/202203/t20220303_683081.html