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面向大尺寸高精度陶瓷及其復合材料復雜形狀結構的成形，基于面曝光技術，開發了專用大尺寸陶瓷增材制造成形裝備及相關工藝。 技術特征 基于面曝光技術的陶瓷預制體成形設備可成形ZrO2、Al2O3陶瓷預制體，利用微透鏡陣列聚焦及光斑微偏移技術，分辨率可提升到37.5μm，結合收縮預測技術，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸達270mm×300mm×450mm，成形相對精度達到±1%，同時配套研發了無缺陷脫脂與燒結工藝，燒結樣件致密度可達97%。

面向大尺寸高精度陶瓷及其復合材料復雜形狀結構的成形，基于面曝光技術，開發了專用大尺寸陶瓷增材制造成形裝備及相關工藝。技術特征基于面曝光技術的陶瓷預制體成形設備可成形ZrO2、Al2O3陶瓷預制體，利用微透鏡陣列聚焦及光斑微偏移技術，分辨率可提升到37.5μm，結合收縮預測技術，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸達270mm×300mm×450mm，成形相對精度達到±1%，同時配套研發了無缺陷脫脂與燒結工藝，燒結樣件致密度可達97%。應用范圍:該項目研發了高精度結構陶瓷復雜結構成形的增材制造裝備，并開展了相關工藝的研究，解決了工程陶瓷材料難以成形復雜結構的難題。項目所涉及技術可成功制備低介陶瓷無源器件、仿生多孔結構與吸波超結構等，可在航空航天、衛星、雷達等領域得到廣泛的應用。

鋁及其合金是工程應用最廣泛的結構材料之一。傳統的鋁合金零件通過鑄造、鍛造和粉末冶金等方法制造，與這些傳統制造過程相關的工具設備增加了制造成本和交付周期。3D打印技術由于為制造設計提供了豐富的自由度而廣泛應用于工程零件的制造。現有3D打印技術中，選擇性激光熔化（SLM）是發展最為廣泛的方法之一。但是SLM工藝中的冶金缺陷如許多裂紋、球化和氣孔導致只有有限數量的金屬適合該種工藝，且具備滿足要求的密度、微觀結構和強度。中南大學粉末冶金研究院李瑞迪研究員和新西蘭奧克蘭大學、中車工業研究院有限公司等單位合作通過對合金元素進行調控和熱處理工藝的探索，發展了一種適用于SLM制備工藝，具有良好抗裂性和高強度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相關論文以題為“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》在線發表。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060在該項工作中，研究人員設計了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用霧化合金粉末進行3D打印制備。在沒有Si元素的情況下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制備過程中均易發生熱裂紋，平均裂紋密度隨Mg含量的增加而增大。發現在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能夠有效地抑制SLM過程中的熱裂紋，同時細化制備合金的微結構，從而提高打印試樣的力學性能。圖1：不同成分的打印樣品晶粒尺寸和形貌EBSD分析結果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶體學取向用倒極圖（IPF）表示。圖2：Mg和Si元素對試樣斷裂行為的影響。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉應力應變曲線。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的斷口SEM圖像。通過對合金成分的進一步微調，研究人員設計了一種新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。這種新合金具有明顯的細化微觀組織，由亞微米胞體和胞體中存在的共晶Al3（Sc，Zr）納米粒子（2-15nm）和粒間Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直徑10-100nm）組成。打印試樣中形成了高密度的層錯和獨特的9R相。試樣的拉伸強度和延伸率分別達到497MPa和11%。經過時效處理后，試樣的拉伸強度達到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強化、晶界強化和納米顆粒強化外，高密度層錯也有助于強化。圖3：不同組分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印樣品的細晶區TEM圖像：（a1-2）合金4的胞狀結構；（a3-4）合金的柱狀結構；（b1-5）合金（b2）的胞狀結構是（b1）的暗場圖像；（b3-4）合金的柱狀組織#5；圖（a2），（a4），（b2）和（b4）顯示了晶間共晶組織；（b5）是SLM-printed Alloy#5細胞的干HAADF圖像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相應EDX圖譜。圖4：（a）SLM打印合金#5時效前后的拉伸應力應變曲線。曲線“#5”表示打印合金#5；曲線“#5-HT1”表示360℃時效8h的合金#5；曲線“#5-HT2”表示300℃時效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2斷裂處拉伸試樣的透射電鏡顯示具有高密度位錯和SFs的變形組織。（c）沿[001]方向的變形亞晶中滑移帶和滑移方向的HRTEM圖像。（d）在（-100）面上用（c）圖中標記區域的傅里葉逆變換圖像顯示出高密度位錯。這項研究成果通過在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精細打印微觀組織，獲得了無裂紋的打印合金成分。隨后通過熱處理時效工藝引入高密度層錯并細化晶粒，開發出了一種具有低熱裂敏感性和高強度的新型鋁鎂合金。這項工作提供了一種解決和消除SLM工藝中的冶金缺陷的鋁鎂合金成分設計方法和熱處理工藝，推動了SLM制造技術的工程應用。

本發明屬于增材制造領域，并公開了一種異質多材料增材制造 系統。該系統包括關節臂機器人、打印裝置、減材裝置和監測反饋裝 置，通過采用旋轉式多噴頭切換打印裝置，以多個送絲打印機構旋轉 切換的方式進行多材料多工藝實時切換打印，實現了多材料多工藝的 高效 3D 打印成形；雙目立體視覺在線實時監測反饋裝置及時反饋加工 零部件的層層溫度信息及三維輪廓信息并與原始模型對比標定，確定 減材加工時機及相應減材加工參數。通過本發明，高精

本發明公開了一種電弧增材和銑削加工裝置，屬于電弧增材技術領域。其包括電弧增材單元和銑削加工單元，所述銑削加工單元包 括銑削加工頭，所述銑削加工單元和所述電弧增材單元相連接，電弧 增材單元包括焊槍、支撐板、滑塊、固定槽、固定板、步進電機以及 絲杠，焊槍一端與滑塊固定，焊槍另一端穿過支撐板的通孔，支撐板 與步進電機相固定，固定板也與步進電機相固定，固定槽與固定板相 固定，步進電機的輸出軸連接有絲杠，絲杠穿過滑塊上開設的螺紋通 孔。本發明裝置能一次性進行增材制造和切削加工，使工件的加工精 確滿足使用要求。

從底層材料設計出發制備性能優異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質量立體光固化打印系統，優化脫脂燒結工藝流程，實現機械性能優異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。 一、項目分類 顯著效益成果轉化 二、成果簡介 制備較低粘度、高固含量的氧化鋯漿料和優化的脫脂、燒結過程成為光固化成型技術的關鍵步驟。為解決以上問題，推動增材制造氧化鋯在口腔臨床中的應用，申報人團隊從底層材料設計出發制備性能優異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質量立體光固化打印系統，優化脫脂燒結工藝流程，實現機械性能優異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。

該項目通過產學研用的創新合作，已研制出水下機器人焊接與增材制造系統，可應用于核乏燃料池、核構件池、核島等強輻射環境水下焊接與增材修復，也可以應用于海洋資源開發裝備以及海洋維權裝備的遠程遙操作水下自動焊接與增材修復。自動化程度高，水下電弧穩定性，在水深壓力作用下仍具備非常優異的蓋面搭橋能力，獲得的焊縫成形美觀，接頭力學性能好。該套技術裝備已于2016年通過中廣核研究員組織的現場驗收。該技術成果被科技日報以35項“卡脖子技術”專題進行了深度報道（第28項），入選劉亞東主編的《是什么卡住了我們的脖子》一書。

本項技術融合3D打印、半固態快鍛、柔性機器人3項重大技術，將金屬增材-等材-減材合三為一，實現3D打印鍛態等軸細晶化、高均勻致密度、高強韌、形狀復雜的金屬鍛件，全面提高金屬制件強度、韌性、疲勞壽命及可靠性，解決鍛件增材制造世界性難題。

本發明公開了一種電弧增材與銑削復合加工的方法，包括:(1) 將需要加工零件的 STL 三維模型進行分層切片及路徑規劃，生成相應 的 G 代碼，然后導入至電弧增材和銑削加工復合裝置中進行加工;(2) 控制焊槍的開關，氬氣的開關以及復合裝置的運動，來進行電弧增材 制造;(3)當使用焊槍堆積達到需要銑削加工的閾值時，暫停電弧增材 加工，同時 G 代碼控制焊槍相對于銑刀抬高，成形件移動至銑刀下方 進行輪廓和頂面的銑削加工;(4)

以周廉院士為帶頭人的中心研究團隊，面向航空、航天、海洋工程和生物醫療等領域對高性能、結構-功能一體化材料及其面向性能制備的高端制造技術的迫切需求，圍繞高性能鈦合金、鎳基高溫合金、難熔金屬及鐵基合金粉體材料的制備與應用，開展了高性能合金成分設計與優化、高均勻高潔凈母合金制備、高性能金屬粉體材料制備、增材制造構件后處理集成技術及裝備、粉末冶金近凈成形技術的系統研究，形成了增材制造領域用高性能金屬粉末材料制備及應用的成套專用技術。