饶衡副研究员-季华实验室

饶衡副研究员

季华实验室金属增材制造研究团队

一、研究方向

金属增材制造研究将面向航空航天、燃气轮机、核电等国家战略重点领域增材制造产品研制的重大需求，从材料、关键设备、工艺及产品应用出发，进行创新性研究，以工程化及产业化为聚焦点，解决相关行业在关键零部件设计及快速开发方面的技术难题。

二、核心技术

季华实验室金属增材制造研究团队以海外引进高层次人才为核心，以航空航天产品应用为市场导向，围绕增材制造材料、工艺和装备三个核心技术建立全流程研究。

团队拥有机械设计、电气设计、软件设计、产品仿真优化设计、材料工艺等多学科科研和工程人员，在新材料开发、新型雾化工艺及航空航天增材制造应用等领域拥有国际一流的科研水平。

（1）通过对全产业链关键技术的系统研究，解决金属增材制造产品及应用中的核心技术问题；

（2）从产品应用特征和材料物理性能出发，研发新型雾化装备、大型增材制造设备及相关工艺技术，突破金属增材制造中的及时瓶颈；

（3）围绕航空航天关键零部件，开展增材制造装备、工艺、产品质量和认证标准等建设，助力国家战略需求，推动中国先进制造发展，从而实现可持续创新的科研平台。

三、主要成果

通过对标国内外先进增材制造设备和技术，团队瞄准重大装备、先进材料和关键工艺，以工程化和产业化为目标，开展了自主研发与技术集成，完成了两项大型装备的研制，并展开了一些列相关的材料、工艺及航空航天产品研发。

（1）聚焦我国航空航天发展的战略需要，解决超大尺寸复杂零部件难加工、研发周期长等技术难题，发挥增材制造的设计灵活性和快速成形性等特点，团队自主研发了超大尺寸专用增材制造装备，实现打印尺寸≥600mm的激光选区熔化打印样机，采用双激光、变焦光斑和可替换轨道式打印仓等创新设计，为后期开展航空航天产品的增材制造工艺和性能研发，实现高效、精准、稳定增材制造工艺提供了设备上的保障，为解决航空航天大尺寸构件的快速研制和测试提供了技术支撑。



（2）面向大型复杂航空航天结构件零部件在承力方面的需求，特别是提高抗疲劳性能的需求，团队自主研发了大型同轴送粉-同位微锻激光熔覆增材制造专用装备，在实现大尺寸零部件的增材制造打印成型基础上，通过新型同位微锻的创新工艺，控制打印过程中的微观组织和打印缺陷，改善增材制造打印构件的力学性能，为解决大型航空航天结构件的力学性能稳定性和抗疲劳性提供了新的技术方案，为突破金属增材制造航空航天产品在承力结构件中的应用提供了设备和技术支撑。



（3）金属增材制造研究项目聚焦增材制造材料、关键设备、工艺及产品应用，开展创新性研究工作，解决金属增材制造在工程化应用中的共性问题。针对航空航天关键零部件，目前团队完成了2种基于功能优先设计的新型航空热交换器的开发，采用仿真模拟、打印工艺参数和后处理优化，实现了一体化快速制造，在满足应用性能的基础上，换热效率提升了20%左右。与传统制造工艺相比，采用增材制造技术打印的新型航空发动机燃烧室，其研制周期缩短了50%，同时提高了结构完整性、减轻了构件重量、提高了燃烧效率，为未来快速研发高效航空发动机开辟了新的路径。



四、未来计划

金属增材制造研究将聚焦航空航天、高端制造、新能源交通等高端市场，建立金属增材制造原材料研发和制备基地、专用装备研发和测试基地、打印工艺研发实验室， 从金属3D打印关键设备、高品质材料、工艺技术和产品应用出发，进行研究，解决金属增材制造过程中的共性技术问题，为工程化和工业化应用奠定基础。

（1）针对当前航空航天发展市场需求、关键核心技术国产化的迫切需要，自主研发超大尺寸金属3D打印及增材微锻装备，推进大尺寸金属3D打印装备验证平台，满足大尺寸复杂构件和承载构件的研发及生产的要求。并针对超大尺寸3D打印和辅助设备的开发设计，及关键零部件的国产化开展测试研究，打造自主知识产权的设计制造、整机装配、打印验证、核心零部件研发和在线监测等四大功能流程，建立3D打印装备验证及测试标准，为解决大尺寸3D打印制造过程中关键设备零部件、产品质量和原材料稳定性等提供全流程、全方位的技术支持和工程化解决方案。

（2）以3D打印工艺及应用需求为出发点，展开3D打印专用金属材料的研发和制备，解决金属增材制造粉末原材料市场面临的主流合金材料种类少、粉末生产成本高、粉末批次质量不稳定及粉末制备工艺效率低的问题。开展新型粉末雾化工艺及装备研究，为航空增材制造提供高品质、低成本钛合金和铝合金粉末原材料。

（3）通过增材制造打印在线监测和大数据分析，建立打印产品的质量控制标准，以及在工业应用上的实施方案，实现工艺开发 - 供应链认证 - 材料性能开发 - 零部件设计认证 - 质量控制。推进航空航天增材制造产品的测试和认证，聚焦产品的可靠性及重复性、无损检测技术，建立产品制造过程的关键控制点，并规范化。

（4）培养及凝聚高端增材制造领域科研人才以及提升粤港澳大湾区的科技创新能力，推动增材制造科技发展和高端制造等领域的应用。使季华实验室成为先进增材制造基础研究、应用发展和人员培养的重要基地，形成较高国际影响力。

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