中心主任：蘇彬  中心副主任：吳甲民、蔡超    【院黨（2024）02号】

支部書記：劉潔  支部組織兼紀檢委員：蔡超  支部宣傳委員：吳甲民    【院黨（2024）10号】

快速制造中心團隊是教育部和湖北省創新團隊，是從1965年以來黃樹槐教授領導的課題組承擔國家和省部級項目，以及與國内外企業合作承擔工程項目的基礎上自然形成的。由100多名不同學科和層次的人員組成，知識結構涉及材料學、材料加工、機械、計算機、自動控制、光學等多學科交叉領域。黃樹槐教授于2007年不幸去世後，由史玉升教授接替負責該團隊的研究工作。

中心獲國家獎5項、省部級一等獎10餘項、省部級二等獎10項餘、專利獎4項、團隊人才獎10餘項、研究生學位論文獎10餘項；獲發明專利190餘項；發表論文800多篇，被三大索引收錄500多篇；出版專著教材10餘部；培養博士80多人、碩士400多人。有關研究成果被兩院院士評為“2011年中國十大科技進展”，并入選“2020中國智能制造十大科技進展”、“2017年全國十大高校重大成果轉化項目”、“2016年湖北高校十大科技成果轉化項目”。

中心具有雄厚的教學和科研實力，現有專任教師19人，其中教授10人（含國家級人才3人、國家自然科學基金委優秀青年科學基金獲得者1人）、副教授6人，博士後十餘人，均具有博士學位。全體教職工長期從事增材制造等相關領域的教學、科研和人才培養工作。每年招收材料、物理、化學、計算機、機械、控制等相關學科背景碩/博士研究生30餘名，遵循“四會”（會寫、會說、會做和會辦）和“三商”（高智商、高情商和高逆商）”的學生培養理念，培養綜合能力強的增材制造領域的專業人才。中心培養的大量畢業研究生已成為海内外知名科研院所和企業的中堅力量。

中心面向世界科技前沿和國家重大需求，針對增材制造等相關領域的基礎和應用開展創新性研究。經過30多年的發展，形成了以下六個研究方向：

1. 塑性成形技術與裝備

圍繞大型自由鍛、精密模鍛、闆料成形三個研究方向，在系列國家項目支持下，面向國家重大工程和企業發展需求，攻克了快速、精密、數字化等關鍵技術；研發了系列成形工藝與裝備，并在航空航天、汽車等領域獲得廣泛應用，解決了一批重大技術難題。成果獲中國機械工業科學技術獎一等獎1項、湖北省科技進步二等獎和三等獎各1項。

大型自由鍛件成形技術與裝備：提出了快速鍛造液壓機多模式模糊控制策略，研發了快速鍛造液壓機遠程故障診斷系統，實現了自由鍛造液壓機高開工率和可維護性，建立了快速鍛造液壓機鍛造生産數據庫，實現自由鍛造工藝的自動制訂。

精密模鍛成形技術與裝備：提出了多工位精鍛金屬協調分配與定向流動控制的解決方案。提出了高承載緊湊型模具結構的解決方案。提出了變頻控制交流異步電機的驅動方案。提出了基于六自由度關節機器人、現場總線通訊互聯技術及其配套模具工藝的精密模鍛全自動生産線一體化解決方案。提出了“四面八向”導向，抗偏載能力強的保溫模座、模座加熱系統及其配套的自動化解決方案。

闆料成形技術與裝備：提出了采用多道次漸進成形的方法，解決直壁件的制造難題。發明了電磁脈沖漸進成形和電磁脈沖助推拉深成形技術。開發了高強鋼熱成形技術和機械式熱成形數字伺服壓力機。研制了伺服電機直驅式伺服壓力機。

2. 增材制造技術與裝備

在增材制造材料、工藝裝備、軟件、應用等全鍊條技術開展了創新研發工作，實現了産品化，在國内外1000多家用戶中獲得應用，輔助了幾十萬種各領域新産品開發，為我國關鍵行業核心産品的快速自主開發提供了有效技術手段，被拍成節目在中央科教頻道多次播放，在社會各界引起了熱烈反響。成果獲國家科技進步二等獎2項、國家技術發明二等獎1項、中國十大科技進展1項、湖北省技術發明一等獎1項、湖北省科技進步一等獎1項、中國機械工業科學技術獎一等獎1項等國家、省部級科技獎勵。

增材制造材料與結構設計：研制出集成三維測量和測溫的在線檢測SLM激光3D打印裝備，實現金屬材料冶金過程監測和在線工藝調控，為形性協同調控的高性能複雜構件成形提供技術支撐。基于材料計算，建立面向SLM非平衡凝固過程的專用合金及其複合材料成分設計方法，解決金屬材料SLM成形過程裂紋與組織各向異性難題。提出聲學與承載性能兼備、力學與生物學性能并存的點陣結構超材料設計方法，實現金屬構件的性能調控，并在航空航天、生物醫學領域開展應用研究。

高分子材料增材制造：發明聚合物基複合粉材的溶劑沉澱和複合絲材的原位反應擠出制備技術，解決傳統機械混合複合材料組分難分散、界面結合差的難題，建立年産200噸的生産線7條，實現國産增材制造聚苯乙烯、尼龍12、聚醚醚酮及其複合粉末和聚乳酸、ABS、聚乙烯醇及其複合絲材的産業化，在中國航天科技、中船重工等單位應用，牽頭制定相關國家标準2項。研制出成形台面1.4米×1.4米、四激光掃描系統的大型激光選區燒結聚合物增材制造裝備，在增材制造精密鑄造熔模和砂型（芯）方面得到廣泛應用。

金屬材料增材制造：闡明了電弧增材（再）制造金屬絲材的冶金行為，研制出了電弧增材（再）制造專用高耐磨鋼型、低合金鋼型和5系鋁合金型金屬絲材。發明了三束激光協同掃描方法、多組分材料混合送粉機構，有效抑制了應力問題，提高了零件精度，實現了複合材料零件的制備與成形一體化。研制出金屬與非金屬材料複合的激光增材制造裝備，為異質材料複雜功能零件成形創造了工藝條件。研制出基于激光選區熔化（SLM）增材/CNC減材複合成形的高精度複雜金屬零件整體成形裝備。

陶瓷材料增材制造：闡明了陶瓷粉體包覆改性及多孔陶瓷預制體性能調控機理，提出了碳化矽陶瓷基複合材料零件的激光選區燒結結合反應熔滲制造理論與方法，解決了大型複雜碳化矽陶瓷複合材料零件的整體制造難題。闡明了加熱可控釋放高價反離子和調節pH值及分散劑失效固化陶瓷漿料機理，為基于無機固化劑的陶瓷漿料固化新機制在各類大型複雜陶瓷零件光固化成形方面的應用奠定了理論基礎。研發出擁有完全自主知識産權“四激光、四振鏡、全球最大台面”陶瓷激光選區燒結裝備，成形尺寸可達到1700 mm×1700 mm×600 mm。研發出世界先進的多陶瓷材料光固化裝備，實現了兩種以上陶瓷材料的光固化成形。

增材制造軟件：建立了能夠表征多材料、多尺度結構等模型信息的統一模型，覆蓋多維度層次，包括3D實體層次、2D切片層次和1D加工代碼層次。提出了能夠包容激光選區燒結、光固化、激光選區熔化、薄層疊材、三維噴印、電弧增材制造等多種不同增材制造工藝，支持增材/減材複合成形，支持普适平台計算的柔性軟件體系結構。研發了新一代基于AMF模型文件的多色、多材、多工藝結構一體化成形的材制造軟件平台。

4D打印技術：4D打印是智能構件的增材制造技術，2013年美國人提出“構件的形狀随時間變化”的4D打印定義，本中心将4D打印内涵拓展到“智能構件的形狀、性能和功能随時空變化”，主辦三屆“4D打印技術論壇”，推動我國增材制造由追求“穩定”的3D打印走向“變化”的4D打印。提出了一種材料組合概念，來構造性能／功能可控變化的4D打印磁電轉化器件。該器件由導電和磁性部件組成，集成後的裝置可以顯示壓電特性。因此，基于電磁引入原理，裝置被賦予将機械能轉換為電能的能力。

3. 三維測量技術與裝備

圍繞材料成形過程中的三維測量技術與裝備，開展了系統深入的研究，解決了多因素耦合條件下的系統響應機理、系統參數漂移對三維計算精度的影響規律、複雜重建算法的獨立高速計算機制等科學問題，突破了測量路徑自動規劃、測量數據自動處理、三維姿态優化求解等關鍵技術，研制出熱模鍛件在線三維測量裝備、增材制造過程在線三維測量裝備、常溫自動化三維測量裝備和動态三維變形測量裝備，并實現産業化，已在汽車、航空、航天等領域的400多家單位得到推廣應用，解決了大量複雜零件快速精密三維測量難題，支撐了多項多家重大工程的實施。

4. 熱等靜壓成形技術

2006年，實驗室與英國伯明翰大學聯合成立了“中英先進材料及成形技術聯合實驗室”，并與世界著名飛機發動機制造商Rolls-Royce公司合作開展熱等靜壓粉末近淨成形方法的研究與開發，以用于航空航天發動機關鍵構件的成形制造。在兩機專項、國家科技重大專項、自然科學基金等國家級和其它省部級項目的資助下，揭示了熱等靜壓過程中包套變形規律、粉末緻密化機制、組織演變機理等科學問題，研發出包套與型芯設計軟件、粉末緻密化模型、工藝調控策略等關鍵技術，建立了熱等靜壓材料結構一體化制備與成形的成套技術體系，實現了與鍛件綜合力學性能相當的航空航天發動機關鍵構件的整體近淨成形，如不鏽鋼渦輪盤、鎳基高溫合金渦輪盤、钛合金航空發動機機匣等典型零件。

5. 節水産品快速開發技術

完成了多種類型灌水器内流場數值模拟研究，利用固液兩相流數值模拟技術可視化了灌水器微小流道中水流場與懸浮固體物的水力特性。建立了基于快速成形/快速制模的新型灌水器産品快速低成本開發方法，使其制造成本和周期大大降低。完成了多種新型結構灌水器流道的創新設計，成功研制了多種類型的新型灌水器産品。

6. 生物增材制造技術與裝備

高分子生物材料增材制造技術與裝備：研制成功具有獨立控溫的高溫激光選區燒結（HT-SLS）裝備，成形腔溫度可達400℃，成形尺寸為125 mm×125 mm×400 mm。發明高溫預鋪紅外輻射粉末材料制備方法，制備的聚醚醚酮粉末材料堆積密度達0.45 g/cm³，具有良好的高溫燒結性能，其HT-SLS成形件拉伸強度可達90 MPa以上，可用于聚醚醚酮多孔骨植入體的增材制造成形。

金屬生物材料增材制造技術與裝備：針對承重骨修複，完成生物活性钛合金多孔支架的原位制備，實現生物金屬支架力學匹配性與生物活性的調控，改善支架骨整合與骨重建能力，應用于大型骨缺損治療，解決傳統金屬支架力學性能不匹配與生物惰性問題。研發出工業級生物激光選區熔化裝備，其成形台面尺寸達280 mm×280 mm，精度能夠達到0.2 mm。

陶瓷生物材料增材制造技術與裝備：實現了高精度點陣結構可降解生物陶瓷支架的制造，結合鈣矽基材料設計和梯度結構設計實現了生物陶瓷支架的力學及生物性能的調控，成功制造了骨缺損修複多孔生物陶瓷支架，應用于臨床骨缺損修複，解決自體移植和異體移植方面存在的形狀不匹配、免疫排斥等問題。研發出工業級生物陶瓷光固化裝備，其成形台面尺寸達320 mm×320 mm，精度能夠達到0.05 mm。

圖1 增材制造材料設計與結構設計

圖2 高溫激光選區燒結（HT-SLS）裝備及其成形的聚醚醚酮多孔骨植入體

圖3 生物活性钛合金植入體應用（下颌骨；脊椎骨）

圖4 研發的增材制造裝備及增材制造的典型零件：(a) 激光選區燒結（SLS）裝備；(b) 激光選區熔化（SLM）裝備；(c) 光固化（SL）裝備；(d) 微滴噴射砂型裝備；(e) 微滴噴射金屬裝備；(f) 全彩石膏增材制造裝備；(g) 機身輕量化拓撲結構件-發動機零部件飛機附件；(h) 注塑模具-輪胎模具；(i)雷達零部件通信部件生産設備零部件；(j) 鑄造砂型芯；(k) 全彩3D石膏人像；(l) 鑄造砂型芯-葉輪

圖5 研發的陶瓷增材制造裝備及增材制造的典型陶瓷零件：(a) 全球最大台面陶瓷激光選區燒結裝備（成形尺寸達1700 mm×1700 mm×600 mm）；(b) 工業級陶瓷光固化裝備；(c) 世界先進的多陶瓷材料光固化裝備；(d) 氧化锆溫壓傳感器用陶瓷定位襯套；(e) 可降解生物陶瓷支架；(f) 碳化矽陶瓷基複合材料反射鏡鏡坯

圖6 研發的各類先進的模鍛成形裝備：(a) J58K系列數控電動螺旋壓力裝備；(b) J58ZK系列直驅式數控電動螺旋壓力裝備；(c) Y68SK系列數控模鍛伺服液壓裝備；(d) Y68SKP系列伺服液壓平鍛裝備

圖7 性能和功能可控變化的4D打印磁電轉化器件

圖8 熱等靜壓技術成形的典型零件：(a) Inconel 625渦輪盤；(b) TC4葉盤；(c-d) TC4機匣；(e) TC4渦輪盤；(f) FGH97渦輪盤

圖9 系列常溫和高溫自動化三維測量裝備