申报2021年度北京市科学技术奖项目公示

一、项目名称：

大尺寸粉末床激光选区熔化增材制造装备与应用

二、提名单位（提名专家）

北京市昌平区人民政府

三、提名类型及提名等级

北京市科学技术进步奖，一等奖或二等奖

四、项目简介

以国家重点研发计划2016YFB1100700项目与科技助力经济2020专项2020YBF1108700ZL“大尺寸粉末床激光选区熔化增材制造工艺与装备研发”项目为依托，完成了大尺寸粉末床激光选区熔化SLM（Selective Laser Melting）装备的设计与制造。形成大尺寸SLM设备的系列产品：EP-M450（455*455*500mm，2激光），EP-M450H（455*455*1100mm，2激光），EP-M500（500*500*1500mm，4激光），EP-M650（655*655*800mm，4激光），EP-M650H（655*655*1200mm，4激光），EP-M1250（1250*1250*1250mm,9激光），装备净成型最大尺寸1250×1250×1250mm，达到国际领先水平。

项目期间开发设计了双舱室双工位隔离作业模块、多激光扫描系统、双向铺粉系统、成型平台运动单元等部件结构，攻克了大幅面多激光条件下风场匀化、激光能量态一致性、多激光分区协同扫描等关键技术，实现了设备的稳定运行和高性能零件的成型。研究了基于近场测量原理的多激光畸变矫正与拼接方法，开发了多激光扫描系统拼接软件，实现了多激光拼接的高精度和便捷性。开发了打印状态在线监测技术，通过图像识别粉末床表面状态，对粉量不足、刮刀碰撞、过烧起球等缺陷进行有效识别和反馈；通过熔池动态监测熔池能量状态变化，建立了基于熔池信息的零件成型过程质量记录文件。针对大尺寸粉末床激光选区熔化成形设备配套的需求，研发了基于多激光多振镜分区扫描、工件几何特征、熔池凝固、区域温度场和应力变形等因素的工件取向优化、支撑设计、分层和扫描线填充策略规划等技术与算法，提出了优化工艺控制策略，开发了成形工艺设计软件。对大尺寸SLM装备加工能力进行了系统验证；开发了与多激光大尺寸装备匹配的钛合金、铝合金、高温合金、高强钢等多种典型材料的SLM成形工艺，形成材料的工艺参数包，试样力学性能满足技术指标要求。研究了多激光加工条件下工艺参数-组织特征-缺陷形态-力学性能的相互关系，特别是激光交接区的力学性能和组织缺陷，为装备的实际应用积累的大量工艺基础数据。

目前多种型号大尺寸SLM装备已批量生产和销售，实现合同额14466.0737万元，装机台数31台。装备在航空航天领域获得应用，完成燃油喷嘴、涡轮叶片、导流管等多种大型复杂构件的制造、交付和装机应用，加工零件超过2000件，收入超过2300万元。项目期间申请专利20项，软件著作权3项。项目期间培养从事激光选区熔化技术领域研究人才共10名，其中已毕业硕士研究生3名，在读硕士研究生7名。

五、全部完成人姓名（含排序）

吴朋越、祁俊峰、张学军、王哲、孙兵兵、杨胶溪、阚凤旭、王昌镇、赵闯、朱小涛、雷杨、蒋疆

六、本校完成人情况

七、全部完成单位名称（含排序）

北京易加三维科技有限公司、北京工业大学、中国航发北京航空材料研究院、北京卫星制造厂有限公司、航钛高科（北京）工业技术有限公司

八、成果目录公示