第二届“极·光”光学制造及应用研究生博士后学术论坛 第六期

  朱杰，上海交通大学材料科学与工程学院博士研究生，导师为冯凯教授，主要是做选区激光熔化镍基合金理论与应用研究。已在《Scripta Materialia》《Corrosion Science》《Material Science and Engineering: A》《Materials Characterization》等国际权威期刊发表论文5篇，申请国家发明专利2项。获研究生国家奖学金、研究生优秀毕业生称号等奖励。

  沿堆积方向外延生长的柱状晶组织是许多选区激光熔化制备材料的共同组织特征。打破长柱状晶粒的生长以抑制晶粒组织及其相应力学性能各向异性的有效途径。目前常采用的方法是通过在金属粉末中加入孕育剂(形核剂)从而在凝固前沿形成形核位点，并促进非均匀形核，以此得到细小的等轴晶粒。这在常规的铸造过程中十分常用且行之有效，在一些材料的选区激光熔化制作的完整过程也发挥出明显作用。但这种方式有两个弊端，首先筛选恰当的，适合不一样的材料进行增材制造的孕育剂就是一件有挑战性的工作，其次金属粉末制粉工艺复杂，添加孕育剂后很难保证良好的粉末质量，并且重新评估粉末生产和摸索打印工艺参数同样是需要考虑的问题。因此如何通过工艺参数实现组织调控以实现对柱状晶组织的抑制是长久追求的目标。但需要指出的是，在选区激光熔化的工艺参数窗口内，很难甚至不可能实现柱状晶—等轴晶转变，因此目前通过这一种方式成功实现减弱各向异性的研究还没有报道。针对以上问题，本报告总结了工艺参数调控组织的关键影响因素，并提出一种简单有效的调控策略以实现对柱状晶生长的有效抑制，为选区激光熔化工艺参数调控组织提供新的思路。

  宁晋生，现就读于东北大学机械工程与自动化学院，导师为朱立达教授。研究方向为增减材复合加工与多材料、梯度合金激光增材成形。截至目前参与3项国家自然科学基金项目与多项省级课题，并已发表多篇学术论文（包含发表在《Materials Today》《International Journal of Extreme Manufacturing》 《International Journal of Mechanical Sciences》等期刊的研究或综述文章）。曾于2019至2020年以联合培养博士身份在普渡大学（美国）激光加工中心学习，期间导师Yung C. Shin教授。曾参与普渡大学研究基金会支持的关于增材零件后处理加工工艺开发的课题项目。

  形状控制与性能优化仍然是激光定向能量沉积工艺所面临的根本挑战。如何有效控制并消除成形缺陷以及进一步厘清工艺过程、微观组织与成形性能的内在联系具备极其重大的研究价值。本报告介绍了我们在面向薄壁件沉积成形过程形、性控制方面的相关研究。基于对薄壁件成形过程的实时成像，构建了一种基于机器视觉的参数实时反馈方法来实现对成形高度一致性的自适应补偿。此外，通过引入考虑实际能量分布与粉末汇聚的有效单位体积内的包含的能量，计算分析了沉积过程的动态离焦变化，探讨了由参数差异导致的沉积过程不稳定对成形件力学性能异质性的影响。本报告围绕“参数选择-工艺过程-成形质量”框架，旨在启发更稳定可靠且高效智能的激光定向能量沉积薄壁件成形。

  于学鑫，大连理工大学机械工程学院高性能精密制造全国重点实验室2023级博士研究生，导师为吴东江教授，主要是做熔体自生陶瓷激光增材制造方向研究。在《Journal of the European Ceramic Society》《Journal of the American Ceramic Society》《Ceramics International》等期刊累积发表学术论文7篇（ESI高被引文章2篇，封面文章1篇）。参加学术会议3次，在第二届中国陶瓷增材制造前沿科学家论坛进行口头汇报并获评优秀学术海报。攻读研究生期间获评校优秀硕士论文，辽宁省优秀毕业生，优秀研究生等荣誉称号。

  针对两机系统热端部件1650 ℃以上高温富氧的服役环境对高温结构材料的承温极限及高温性能提出了愈加苛刻的要求，以氧化物共晶陶瓷为代表的熔体自生陶瓷（Melt Growth Ceramics, MGC）是20世纪末快速地发展起来的一种新型高温复合材料。激光定向能量沉积（Laser Directed Energy Deposition, LDED）是一种基于同步送料的增材制造技术。该技术利用高功率激光束将同步输送的无粘结剂高纯陶瓷原料完全熔化，通过定域沉积实现了“高性能陶瓷材料制备”与“复杂构件成形制造”的一体化，能够有效克服熔体自生陶瓷传统制备方法在周期、能耗及结构复杂度等方面的局限，为直接增材制造熔体自生陶瓷构件提供了新的解决方案，成为国内外研究热点。本报告总结了目前课题组利用LDED制备的不同熔体自生陶瓷的微观组织特征及其主要力学性能，并综合论述了目前针对微观组织及开裂行为调控所开展的主要研究。基于现有研究进展，对该领域的发展的新趋势和需进一步解决的关键科学问题进行了探讨，指出抑制开裂与改善组织性能是目前面临的最要紧的麻烦，材料和新工艺的发展是突破现有瓶颈、推动熔体自生陶瓷激光定向能量沉积技术发展和应用的关键。

  郑敏，毕业于西北工业大学，本科专业为材料成型及控制工程，毕业后以专业第四的成绩获得保研资格，并在本校直博攻读博士学位，专业为激光增材制造，导师为黄卫东教授，博士毕业后以师资博后的身份进入北京工业大学肖荣诗教授团队，从事激光加工方面工作。本人以第一作者身份发表学术论文4篇，均为一区Top期刊。曾获得过增材制造专项一等奖学金、航天科技CASC专项奖学金、校三好等奖项。

  通过优化计算流体力学和晶粒演化模型精度并开发并行计算程序提升计算效率，构建了兼具高计算精度和高计算效率的激光选区熔化粉末熔凝过程及组织演化的多物理场数值模型，并基于此模型揭示了激光选区熔化过程熔道表面形貌及缺陷的形成机理和晶粒组织的演化机制。

  蔡潍锶，华南理工大学机械与汽车工程学院国家金属材料近净成形工程技术研究中心2020级博士生。研究方向为形状记忆合金、钛合金、增材制造和粉末烧结。参与国家自然科学基金面上项目、广东省重点领域研发计划项目、基础与应用基础重点项目。以第一作者/共同作者发表SCI论文6篇；参与撰写中文著作1部；授权国家发明专利1件，受理国家发明专利3件，申请国际PCT专利2件；获得2022年东京工业大学青年访问研究员资格及国家公派留学资格，获得2023年研究生国家奖学金。

  NiTi形状记忆合金因其超弹性、形状记忆效应、阻尼特性和生物相容性等特点，在驱动装置、微机电系统、生物医疗、航空航天等领域受到广泛关注。新型记忆合金复合材料的开发能结合多种材料属性，从而拓宽其应用场景范围。本文基于功能基元序构的材料设计新范式，制备了含有双记忆合金基元的NiTi-NiTiZrCu复合材料。通过基元内部有序启动的渐进式马氏体相变和协同变形机制，该复合材料在1.4 GPa的高应力下、零下50℃的低温下均表现出优异的超弹性。这一创新为高强度、宽温域、大回复应变形状记忆合金的设计和开发提供了支持。

  高振洋，上海交通大学材料科学与工程学院特种材料研究所博士研究生。研究方向为增材制造结构超材料。参与国家自然科学基金面上项目等多个重点项目。共发表SCI论文10篇，其中第一作者在《International Journal of Machine Tools and Manufacture》 《Additive Manufacturing》《Composite Part B: Engineering》等SCI一区Top期刊发表论文5篇；授权国家发明专利1项，参与国际会议4次；获得2023年金属基复合材料国家重点实验室奖研金、国家留学基金委奖学金等诸多奖项。

  结构超材料凭借其复杂的镂空的内部结构，可实现例如超高比刚度强度，比吸能、断裂调控、负泊松比等诸多奇异的机械性能。生物结构通过亿万年的进化，为结构超材料的结构设计提供了有效的数据库。本研究通过机器学习的方式构建复杂仿生结构抽象化设计参数与机械性能的映射关系，并通过数据驱动的方式实现了仿生多层级结构超材料的性能控制与可编程化设计。

  International Journal of Extreme Manufacturing(中文《极端制造》），简称IJEM，致力于发表极端制造领域相关的高质量最新研究成果。自2019年创刊至今，期刊陆续被SCIE、EI、Scopus等20余个国际数据库收录。2023年JCR最新影响因子14.7，位列工程/制造学科领域第一。中科院分区工程技术1区，TOP期刊。