工业母机—增材制造丨首个专题，正式出版

2025年初，为深度挖掘并传播机床领域的科技创新与成果应用，促进工业母机高质量发展，机床杂志社以“工业母机”为主题，邀请了我国工业母机战略科学家林忠钦教授、郭东明教授、蒋庄德教授担任荣誉主编，行业专家刘炳业、黄正华担任名誉主编，同时衍生多个相关专题，涵盖了众多研究和应用热点，邀请了一批业内重量级学者和专家担任客座主编，开展组稿工作，专题将陆续发布。

目前，在李涤尘教授、史玉升教授、林峰教授、林鑫教授、汪俊教授的大力支持下，首个完成的专题——，共收录论文6篇。

专题文章

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01

Advances in additive manufacturing of large-size high-performance metal components

作者：方学伟, 杨健楠, 周健, 张垚, 乔润基, 冯佳劲, 刘畅, 黄科, 卢秉恒

单位：西安交通大学机械工程学院

摘要：针对大尺寸金属构件增材制造（additive manufacturing, AM）技术的研究现状与发展趋势，综述了该技术在航空航天、能源等领域的应用及其面临的挑战。首先，阐述了增材制造的基本原理及其在大尺寸金属构件中的优势与局限。其次，分析了增材制造过程中工艺参数优化与智能控制技术的研究进展，特别是通过外场辅助调控、实时监测与自适应控制技术的应用，提高了制造过程的精度与稳定性。此外，重点讨论了针对大尺寸金属构件的在线与后处理形性同步调控技术，结合热处理与机械加工方法，有效改善了成形质量与力学性能。最后，展望了未来增材制造技术在大尺寸金属构件中的应用前景，提出了在工艺优化、材料特性、生产效率以及可持续发展等方面亟待解决的问题。研究表明，随着技术的不断进步，增材制造将在多个领域实现更广泛的应用，并推动传统制造模式的变革。

基金：国家自然科学基金项目“高强铝合金原位低频锤击-动态冷约束复合电弧熔丝增材强韧化机理研究”（52205414）

02

Multi-material additive manufacturing: component design, processes and applications

作者：刘海鹏, 张百成, 曲选辉

单位：北京科技大学新材料技术研究院北京材料基因工程高精尖创新中心、现代交通金属材料与加工技术北京实验室、江苏天工工具新材料股份有限公司、宁波钛钽新材料技术有限公司

摘要：多材料增材制造技术突破了传统多材料制备在设计自由度、工艺复杂度等方面的限制，在复杂功能集成部件的一体化成形方面展现出独特优势。文章归纳了现有多材料部件设计流程和方法，重点阐述了主流多材料增材制造工艺。在此基础上，探讨了该技术在生物打印、4D打印及电子元件打印方面的应用，揭示其独特的跨学科功能集成潜力。讨论了该技术当前所面临的挑战，并对多材料增材制造技术的未来发展趋势进行科学展望。

基金：北京市自然科学基金面上项目（2242043）；国家自然科学基金面上项目（52171026）

03

Development of laser powder bed fusion equipment and processes

作者：黄俊斐, 宋长辉, 方鹏飞, 陈推新, 严仲伟, 杨永强, 王迪, 韩昌骏

单位：华南理工大学机械与汽车工程学院

摘要：激光粉末床熔融（laser powder bed fusion，L-PBF）是金属增材制造领域中最重要的技术之一，被广泛应用于航空航天、生物医疗和工业模具等领域。目前，LPBF正朝着大尺寸、高效率、高精度和高性能方向发展。然而，该技术仍面临一些瓶颈，如零件内部缺陷、残余应力以及热历史控制等问题。为了提升LPBF技术的金属零件制造能力，新装备、新工艺不断涌现。文章分析了现阶段LPBF先进装备及工艺技术，包括光束整形技术、多光束分区拼接技术、同幅面多光束复合技术、区域3D打印技术、多材料打印技术和在线监测辅助技术；以及无支撑打印工艺、层间改性工艺、多场辅助成形工艺和机器学习辅助性能预测工艺，总结了LPBF装备与工艺的技术优缺点，并展望LPBF技术的未来发展方向。

基金：国家重点研发计划项目“高适配锆铌合金膝关节增材制造假体及其表面功能化改性关键技术”（2024YFB3814700）；国家自然科学基金面上项目“增材制造锆铌合金原位陶瓷化机制与异质异构一体化调控”（52475350）；广东省基础与应用基础研究基金项目“基于中子衍射的铝基复合材料激光增材制造应力演变与缺陷形成机理研究”（2022B1515120066）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“医用锆铌合金激光增材原位陶瓷化机制”（2024ZYGXZR023）

04

Electron beam powder bed fusion additive manufacturing technology with multi-beam integration strategy

作者：谭月梅, 肖不为, 王飞鸿, 周斌, 赵德陈, 梁啸宇, 林峰

单位：清华大学机械工程系清洁高效透平动力装备全国重点实验室、先进成形制造教育部重点实验室、北京科技大学新金属材料全国重点实验室、北京清研智束科技有限公司

摘要：针对电子束粉末床熔融（electron beam powder bed fusion, EB-PBF）技术在大尺寸零件成形及工艺过程温度场稳定性等方面的挑战，提出了多束流集成的EB-PBF成形策略。深入研究多电子束协同工作可能引发的热结构变形及束斑一致性差等关键问题，提出了热影响结构变形抑制、电子束自动标定等技术方案。进一步地，基于多束流EB-PBF技术，提出多枪阵列成形和双枪同幅成形策略。使用多枪阵列成形策略，有效将EB-PBF成形幅面扩大至600mm×600mm。为保证多枪EB-PBF大幅面成形质量一致性，提出了搭接区扫描优化策略，并在TA15打印实验中验证全幅面的力学性能一致性。使用双枪同幅成形策略，开发了多能量源耦合控制粉床温度的方法，有效提高了选择性熔化时粉床温度稳定性，在打印过程中能稳定维持1250 ℃的粉末高预热温度。在高预热温度下，双枪同幅成形策略有效避免了常规EB-PBF设备在选择性熔化阶段粉床预热温度将快速下降200～300 ℃的缺陷。

基金：国防基础科研计划资助项目（JCKY2023110A003）

05

Enhancement of interlayer bonding in continuous carbon fiber composites via additive manufacturing with integrated in-situ compaction

作者：宋文哲, 陈鑫, 罗林林, 宋亚星, 许家勋, 范聪泽, 汪俊, 孔维夷

单位：南京航空航天大学材料科学与技术学院、南京航空航天大学机电学院、南京长江工业技术研究院有限公司、太行实验室

摘要：连续纤维增材制造因具有高比强度、一体化成形及实现复杂构件绿色制造的显著优势，在航空航天、生物医学及新能源轻量化等领域得到广泛应用。然而，该技术制备的复合材料层间结合性能较差，因此提升材料层间性能成为关键挑战。针对连续碳纤维增强聚乳酸复合材料（continuous carbon fiber-reinforced polylactic acid, CCF/PLA）增材制造开发了具有随行热压功能的打印喷头。实际随行热压测试结果表明，基于该设计方案加工并优化的随行热压装置能够对打印构件进行有效压实，显著提升了增材制造复合材料的层间结合性能，在最优工艺参数（30N和150 ℃）下，层间剪切强度提升了104.2%，达到16.95MPa，且表面粗糙度降低至14.07μm，为连续碳纤维增强复合材料3D打印技术的工艺改进及层间性能提升提供了实验依据。

基金：国家自然科学基金青年项目（52205383）； 太行实验室项目（A3033）； 江苏省青年基金项目（BK20220895）； 江苏省基础研究重点项目（BK20243056）； 中央高校优秀青年团队培育项目（NI2024002）

06

Study on multi-process parameter optimization and forming performance of polyether ether ketone in powder bed fusion

作者：曹毅, 孙新龙, 梁栢萱, 郑矫阳, 李涤尘

单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室

摘要：聚醚醚酮（polyetheretherketone, PEEK）材料作为典型的轻质高性能聚合物材料，在医疗航空航天等领域获得了大量应用，PEEK材料的增材制造技术可以实现复杂零部件的结构功能一体化制造。针对聚醚醚酮粉末床熔融（powder bed fusion, PBF）系统加工温度高、易翘曲的难题，开展了聚醚醚酮粉末床熔融系统多工艺参数优化与成形性能研究，通过工艺成形过程模拟仿真，揭示了激光功率等核心参数对温度场的影响规律。在成形工艺仿真基础上，开展了成形工艺参数优化试验，建立了工艺参数与拉伸力学性能以及翘曲率的对应关系，获得了拉伸强度86MPa，断裂伸长率3.7%的优异力学性能，并最终实现了颅骨植入物的高精度增材制造。

基金：国家自然科学基金项目“数据与知识联合驱动的智能系统研究及增材制造技术应用”（62461160259）；陕西省创新团队项目（2023-CX-TD-17）

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