華科史玉升團(tuán)隊(duì)在增材制造領(lǐng)域30年來(lái)的代表性研究成果和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

來(lái)源：機(jī)械工程學(xué)報(bào)

增材制造（快速成形）技術(shù)已在我國(guó)發(fā)展 30 余年,，為向全球?qū)W者介紹中國(guó)的研究成果，在Additive Manufacturing Frontiers (AMF) 執(zhí)行主編李滌塵教授的帶領(lǐng)下,，組織策劃了“中國(guó)增材制造 30 年發(fā)展”特刊 (Special Issue on 30 Years of Development of Additive Manufacturing in China),，通過(guò)十余個(gè)國(guó)內(nèi)增材制造領(lǐng)域的代表性團(tuán)隊(duì)的高質(zhì)量論文，向大家介紹過(guò)去 30年來(lái)我國(guó)增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程,、主要研究成果以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),。

引用論文：
Yusheng Shi, Chunze Yan, Bo Song, Bin Su, Qingsong Wei, Lichao Zhang, Jiamin Wu, Shifeng Wen, Jie Liu, Chao Cai, Shengfu Yu, Chenhui Li, Yan Zhou, Annan Chen, Lei Yang, Peng Chen, Yang Zou, Minkai Tang, Ying Chen, Yunsong Shi, Hongzhi Wu, Lei Zhang, Zhufeng Liu, Haoze Wang, Changshun Wang, Siqi Wu, Guizhou Liu, Zhen Ouyang. Recent Advances in Additive Manufacturing Technology: Achievements of the Rapid Manufacturing Center in Huazhong University of Science and Technology. Additive Manufacturing Frontiers, Volume 3, Issue 2, 2024, 200144.

https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200144.

文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2950431724000340

1 研究現(xiàn)狀
增材制造技術(shù)（包括3D打印、4D打印等）,，采用逐層制造并疊加原理,，從三維模型數(shù)據(jù)直接創(chuàng)建復(fù)雜構(gòu)件，在航空航天,、軌道交通,、生物醫(yī)療等領(lǐng)域已展現(xiàn)出重大價(jià)值與廣闊應(yīng)用前景,。因此,，增材制造已成為國(guó)際上先進(jìn)制造領(lǐng)域發(fā)展最快、研究最活躍,、關(guān)注度最高的方向之一,，是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研發(fā)熱點(diǎn)。

2 研究難點(diǎn)或瓶頸
現(xiàn)階段,，增材制造技術(shù)仍存在以下突出問(wèn)題：(1) 增材專用材料種類少,、性能低；(2) 成形效率低,、難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,；(3) 增材制造形性主動(dòng)控制難度大,；(4) 缺乏多材料增材制造裝備等。

3 論文亮點(diǎn)
（1）發(fā)明高復(fù)用,、形態(tài)可控的增材制造專用聚合物復(fù)合粉,、絲材和低燒結(jié)變形、高堆積密度和良好流動(dòng)性的增材制造專用陶瓷復(fù)合粉材,，部分實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,，產(chǎn)品獲美國(guó)UL和歐盟CE認(rèn)證，出口美德澳等國(guó),；

（2）提出碳化硅陶瓷的微納多尺度協(xié)同強(qiáng)韌化方法,，首創(chuàng)增材制造-反應(yīng)溶滲成形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最大尺寸達(dá)1.6米的空間反射鏡,、渣漿泵葉輪等復(fù)雜碳化硅陶瓷構(gòu)件的整體成形,，引領(lǐng)碳化硅陶瓷增材制造技術(shù)的國(guó)際前沿；

（3）發(fā)明連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)器人激光增材制造工藝與裝備,，使連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的增材制造構(gòu)件致密度和層間剪切強(qiáng)度大幅提升,；

（4）從原料選擇、打印工藝,、誘導(dǎo)策略和潛在應(yīng)用等方面討論了尖端4D打印的最新研究成果,；

（5）研發(fā)成功成形臺(tái)面達(dá)1.7米×1.7米激光選區(qū)燒結(jié)增材制造裝備，可用于大型復(fù)雜聚合物,、陶瓷等材料構(gòu)件的整體成形,。

4 結(jié)論
總結(jié)了華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院快速制造中心在增材制造領(lǐng)域30多年的代表性研究成果和和產(chǎn)業(yè)化成果，及其在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響,，提供了對(duì)增材制造技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向的獨(dú)到見解,，推動(dòng)彌合當(dāng)前技術(shù)能力和未來(lái)應(yīng)用需求之間的差距。盡管增材制造技術(shù)具有創(chuàng)造高性能產(chǎn)品的巨大潛力,，但仍需要科研界和工業(yè)界共同付出更多的努力來(lái)推進(jìn)其在工業(yè)應(yīng)用中的大規(guī)模使用,。

5 展望
本文提供了AM技術(shù)在未來(lái)的潛在發(fā)展方向：（1）由三維向多維AM演變，使增材制造構(gòu)件更智能,、更逼真,、更有意識(shí)；（2）由平面向曲面切片過(guò)渡,，再向編織切片演變,，實(shí)現(xiàn)高性能輕量化構(gòu)件的無(wú)支撐高效集成制造；（3）由逐點(diǎn)/逐線/逐面向逐卷/逐塊AM演變,，提高成形效率以推動(dòng)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用,；（4）由單一材料向多材料AM演變，實(shí)現(xiàn)區(qū)域材料、結(jié)構(gòu)和性能特性的精細(xì)化和定制化調(diào)整,；（5）由單一宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向宏/介/微觀結(jié)構(gòu)多尺度設(shè)計(jì)方向演變,，實(shí)現(xiàn)具有微觀結(jié)構(gòu)可控、介觀形態(tài)可調(diào),、宏觀結(jié)構(gòu)約束的多尺度AM,；（6）材料制備與成形一體化結(jié)合,為開發(fā)高性能新材料提供更多可能性；（7）由小批量向大批量擴(kuò)展,，降低生產(chǎn)成本,，推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的數(shù)字化和可持續(xù)發(fā)展。

6 代表性圖片

Fig.1 Development direction of AM technology

Fig.2 Evolution of the dot-line-sheet-volume printing

Fig.3 Development from single-material to multi-material AM

作者團(tuán)隊(duì)介紹

史玉升（團(tuán)隊(duì)帶頭人）,，華中科技大學(xué)華中學(xué)者領(lǐng)軍崗特聘教授�,，F(xiàn)任華中科技大學(xué)華中學(xué)者領(lǐng)軍崗特聘教授，中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)增材制造分會(huì)主任委員,、中國(guó)材料學(xué)會(huì)增材制造材料分會(huì)主任委員,、中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司增材制造工藝技術(shù)中心專家委員會(huì)主任、教育部長(zhǎng)江學(xué)者創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人等職務(wù),。主要從事高性能聚合物,、金屬、陶瓷等增材制造專用材料的制備與成形技術(shù),。成果獲發(fā)明專利399件,，主撰著作/教材9部，發(fā)表論文704篇,，2022年入選斯坦福大學(xué)“全球前2%頂尖科學(xué)家”和中國(guó)各學(xué)科高貢獻(xiàn)者名單,。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排1）、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)（排1,、排3）,、中國(guó)十大科技進(jìn)展和中國(guó)智能制造十大科技進(jìn)展各1項(xiàng)（均排1）、省部級(jí)一等獎(jiǎng)9項(xiàng)（5項(xiàng)排1）,；獲全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)狀,、十佳全國(guó)優(yōu)秀科技工作者提名獎(jiǎng)、中國(guó)發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng),、湖北省五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)�,、武漢市科技重大貢獻(xiàn)個(gè)人獎(jiǎng)等稱號(hào)。

閆春澤（通訊作者）,，華中科技大學(xué)二級(jí)教授,、博導(dǎo),，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授,，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家，愛(ài)思唯爾2023中國(guó)高被引學(xué)者。現(xiàn)擔(dān)任材料成形與模具技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,、增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心主任,、湖北省增材制造技術(shù)國(guó)際科技合作基地主任等職務(wù)，國(guó)際期刊Journal of Materials Processing Technology副主編（Associate Editor）,，全國(guó)增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC562）委員,。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金,、航天聯(lián)合基金重點(diǎn)基金,、工信部工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目。研發(fā)的增材制造材料與裝備已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,，在中國(guó)航發(fā),、航天科技等單位得到應(yīng)用，并出口美英德澳等國(guó),。以第一或通訊作者在Adv. Mater.,、Acta. Mater.等期刊發(fā)表SCI收錄論文80余篇，授權(quán)發(fā)明專利84項(xiàng),，包括美日歐德俄國(guó)際發(fā)明專利14項(xiàng),，出版專著、教材8部,，包括Elsevier英文專著2部,；牽頭/參與制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)。相關(guān)成果獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)（排2）,、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（排3）,。

近年團(tuán)隊(duì)發(fā)表文章
[1]Zhang L, Liu H, Song B, et al. Wood-inspired metamaterial catalyst for robust and high-throughput water purification. Nature Communications, 2024, 15: 2046.

[2]Chen A, Wang W, Mao Z, et al. Multimaterial 3D and 4D bioprinting of heterogenous constructs for tissue engineering. Advanced Materials, 2023: 2307686.

[3]Shi Y, Tang S, Yuan X, et al. In Situ 4D Printing of Polyelectrolyte/Magnetic Composites for Sutureless Gastric Perforation Sealing. Advanced Materials, 2023: 2307601.

[4]Wu H, Luo R, Li Z, et al. Additively Manufactured Flexible Liquid Metal-Coated Self-Powered Magnetoelectric Sensors with High Design Freedom. Advanced Materials, 2023: 2307546.

[5]Chen P, Wang H, Su J, et al. Recent Advances on High-Performance Polyaryletherketone Materials for Additive Manufacturing. Advanced Materials, 2022, 34(52): 2200750.

[6]Ma Z, Wang Q, Wu Z, et al. A superconducting-material-based maglev generator used for outer-space. Advanced Materials, 2022, 34: 2203814.

[7]Zhang L, Song B, Zhang J, et al. Decoupling microlattice metamaterial properties through a structural design strategy inspired by the Hall–Petch relation. Acta Materialia, 2022, 238: 118214.

[8]Wu Z, Sun D, Shi C, et al. Moisture‐Thermal Stable, Superhydrophilic Alumina‐Based Ceramics Fabricated by a Selective Laser Sintering 3D Printing Strategy for Solar Steam Generation. Advanced Functional Materials, 2023, 33(45): 2304897.

[9]Wu Z, Shi C, Chen A, et al. Large-Scale, Abrasion-Resistant, and Solvent-Free Superhydrophobic Objects Fabricated by a Selective Laser Sintering 3D Printing Strategy. Advanced Science, 2023, 10: 2207183.

[10]Wang C, Yang Q, Gu X, et al. 3D in situ heterogeneous SiC/mullite hollow constructs for broadband electromagnetic absorption. Cell Reports Physical Science, 2024, 5: 101813.