編者按 ?
為集中展示激光增材制造領域的新發(fā)現(xiàn)、新進展和新突破，《中國激光》組織策劃了“激光增材制造”專題，專題內(nèi)容呈現(xiàn)工藝廣、材料全、結(jié)構(gòu)新的特點，于2022年14期出版。(點擊查看專題網(wǎng)頁)
專題封底文章來源于中國地質(zhì)大學（武漢）先進設計與制造團隊郝亮教授課題組，通過自主設計并搭建的面向激光選區(qū)熔化(SLM)的高時空分辨原位成像系統(tǒng)，實時監(jiān)測SLM增材制造過程中的激光-粉末相互作用。
封面 |殷杰, 郝亮, 楊亮亮, 李妍, 李正, 孫慶磊, 石斌. 激光選區(qū)熔化增材制造中金屬蒸氣與飛濺相互作用研究[J]. 中國激光, 2022, 49(14): 1402202
封面解讀
封面呈現(xiàn)了激光選區(qū)熔化增材制造過程的基本原理。粉末在高能束激光的作用下經(jīng)歷了固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)乃至等離子態(tài)，相態(tài)之間的相互作用顯著。其中，金屬蒸氣與飛濺“氣-固”相互作用包括：金屬蒸氣通過卷吸作用誘導的惰性卷吸氣流間接作用于粉末顆粒，形成粉末飛濺；金屬蒸氣通過抬升力或反沖力直接作用于粉末顆粒，使其進入蒸氣羽流或落回粉床。通過高時空分辨原位實時監(jiān)測揭示了“激光與物質(zhì)相互作用”的物理本質(zhì)，為激光選區(qū)熔化技術實現(xiàn)高質(zhì)量成形奠定了基礎。
1 研究背景
激光選區(qū)熔化(SLM)，又稱粉末床激光熔融(LPBF)，為個性化定制產(chǎn)品提供了一種低成本、高效率的制造方法，尤其適用于薄壁、復雜腔體、內(nèi)流道等復雜零部件的快速成形，在航空航天、能源、生物和珠寶等領域應用前景廣闊。
當前，SLM技術正朝著大尺寸多光束、多材料、高質(zhì)高效和控形保性方向發(fā)展，但同時也存在著制約其工藝可靠性和可重復性的問題需要解決，如材料內(nèi)部的冶金缺陷和殘余應力等。較之已有百年歷史的等材制造和減材制造，增材制造特別是SLM技術問世至今僅數(shù)十年，其成形機理還未完全明晰。
通過研究SLM激光與物質(zhì)的相互作用及其與成形缺陷之間的內(nèi)在關聯(lián)，可為SLM技術實現(xiàn)少缺陷甚至是無缺陷的穩(wěn)定成形奠定基礎。
2 創(chuàng)新工作
中國地質(zhì)大學（武漢）先進設計與制造團隊聯(lián)合武漢光電國家研究中心，通過自主設計并搭建的面向SLM的高時空分辨原位成像系統(tǒng)(最高時間分辨率190 ns，最高空間分辨率3 μm/pixel)，能夠?qū)崟r監(jiān)測SLM增材制造過程中的激光-粉末相互作用(包括熔池特征、金屬蒸氣行為和飛濺運動規(guī)律等)，本文主要研究工作如下：
值得一提的是，本文所提方法已授權(quán)專利(ZL202210146980.0)，該發(fā)明專利經(jīng)預審通道64天收到專利授權(quán)通知書，85天正式收到發(fā)明專利證書，得到了評審專家的積極肯定，是中國地質(zhì)大學(武漢)建校70周年以來獲批最快的國家發(fā)明專利之一。(https://voice.cug.edu.cn/info/1032/20009.htm)
3 工作展望
SLM增材制造的物理本質(zhì)是“激光與物質(zhì)(材料)相互作用”，后續(xù)工作擬從“激光”與“材料”兩個層面深入拓展：前者包括不同激光模式/多光束SLM成形過程中的激光與物質(zhì)相互作用，后者則聚焦于多材料/難成形材料的SLM成形機理等，以期為高質(zhì)高效、大尺寸SLM增材制造控形保性的發(fā)展奠定基礎。
課題組介紹
課題組合影照
中國地質(zhì)大學(武漢)先進設計與制造團隊依托于中國地質(zhì)大學(武漢)珠寶學院與機電學院，團隊先后承擔了國家重點研發(fā)計劃項目、國防973項目，國家自然科學基金、湖北省揭榜制科技項目、裝備預研教育部聯(lián)合基金一般項目、航天科技創(chuàng)新重點基金等項目。在國內(nèi)外重要期刊發(fā)表學術論文380余篇，其中入選高被引論文10篇，申請或授權(quán)中國發(fā)明專利42項。團隊近年來圍繞國家重大戰(zhàn)略需求，瞄準航空航天發(fā)動機推力室異種金屬等增材制造與精密成形前沿技術，促進激光增材制造技術在航空航天、醫(yī)療健康、智能穿戴等制造領域的拓展應用。團隊負責人郝亮教授曾與英國空中客車等企業(yè)合作開展了輕質(zhì)航空零件的低碳設計制造技術研發(fā)與應用示范，通過跨學科交叉(設計、制造與計算機等)數(shù)字經(jīng)濟項目研發(fā)了規(guī)模化實物產(chǎn)品共享制造與價值共創(chuàng)模式，獲得了世界知名CAD/CAM軟件公司DELCAM的支持。
第一作者簡介
殷杰，中國地質(zhì)大學(武漢)教授/博導，入選地大學者青年拔尖人才。主要研究激光先進制造/激光與物質(zhì)相互作用。先后主持國家自然科學基金、國防973子課題、上海航天科技創(chuàng)新重點基金(結(jié)題成果優(yōu)秀)、中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助等項目。發(fā)表學術論文30余篇(近五年5篇代表作總IF=55.5)，Google Scholar被引超2000次，3篇入選ESI/F5000高被引論文和封面文章，獲增材制造前沿國際學術會議最佳論文獎等獎勵。完成省級科技成果鑒定1項(整體技術達到國際先進水平)，參編行業(yè)標準1項，受理和授權(quán)發(fā)明專利6項。受邀擔任RAAM，LIMA等國際學術會議的分會主席并作邀請報告。擔任國際學術期刊Micromachines等編委及20個學術期刊審稿人。在科睿唯安作者影響力射束圖全部論文的引文百分位中位數(shù)為92%，近12個月學術評審貢獻百分位為96%。
通信作者簡介
郝亮，中國地質(zhì)大學(武漢)教授/博導，副院長，先進制造研究所所長，湖北省珠寶工程技術研究中心常務主任，湖北省高層次專家，湖北省“產(chǎn)業(yè)教授”、湖北省特種加工協(xié)會副理事長、“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)戰(zhàn)略團隊帶頭人”等榮譽稱號在英國期間主持/參與包括英國工程和物理科學基金、科技發(fā)展局、皇家工程協(xié)會、歐盟和企業(yè)如英國空中客車公司資助的超過300萬英磅的研究項目(含兩項大型歐盟項目)，研發(fā)了世界首個激光粉末床熔融輕量化鈦合金構(gòu)件并經(jīng)過航天飛行測試(2009)。回國后主持/參與國家自然基金面上項目2項、國家重點研發(fā)計劃、國際合作交流項目和湖北省揭榜制科技項目及多項省部級資助項目。在國外國內(nèi)核心期刊與重要會議發(fā)表100多篇論文，含5篇高被引論文，獲批發(fā)明專利12項，撰寫相關英文學術著作5部。被引次數(shù)9658次，H-index 49。
科學編輯 |殷杰
編輯 |沈靈靈
