结构功能一体化金属件数控喷射直接成形技术基础研究

针对目前金属功能件制备工艺柔性差、成本高等现存问题，提出一种结构功能一体化金属件数控喷射直接成形新技术。通过建立熔滴与异质组元联合沉积过程的理论模型，探索异质材料数控沉积的控制方法，揭示成形参数对功能件最终性能及功能的影响规律，进而深入研究金属件结构性能与特殊功能集成控制实现原理、微小金属熔滴\异质功能组元联合沉积多场耦合行为的关键科学问题，突破熔滴与异质组元沉积控制关键技术，达到建立结构功能一体化金属件数控喷射直接成形技术原型之目的，为实现金属件结构性能与特殊功能柔性集成奠定基础。本项目研究有望为满足个性需求的金属功能件柔性制备提供新途径，对结构功能一体化金属件的制备技术向低成本、高效率方向发展起到积极的促进作用。

智能制造是目前国内外广泛关注的一个热点问题，多功能金属件的快速制造则是智能制造技术的一个重要研究内容。另一方面，随着3D打印技术的迅猛发展，如何实现金属零件及其功能件的低成本、高效率成型已成为一个广泛关注的焦点。基于此，本项目提出将均匀金属微滴3D打印与功能单元嵌入相结合，开发一种结构功能一体化金属件数控喷射直接成形新技术。通过开发均匀金属微滴喷射与精准定位技术，揭示打印成型过程中多物理场耦合作用规律，建立功能单元柔性嵌入工艺，以解决目前金属功能件制备工艺柔性差、成本高昂等现存难题，为微小卫星、微小机器人以及微小飞行器中金属智能结构件快速制造提供新方法。. 首先，本项目针对均匀金属微滴3D打印的基础问题-金属均匀微滴可控喷射及3D打印装置展开了研究：通过建立金属微滴喷射模型，明确了应力波作用下金属微滴喷射的机理，探索了铝熔液对喷嘴的腐蚀现象，开发了压电式应力波驱动铝微滴喷射装置，突破了金属微滴（特别是铝微滴）的压电致动喷射关键技术，喷射出的金属微滴直径可接近喷嘴直径。针对功能单元柔性嵌入工艺的需求，对原有微滴3D打印设备的软硬件进行了完善与开发，开发了功能件成型轨迹生成软件子系统，增加了协调控制CNC子系统、微滴定位子系统等，实现了功能件成型过程的柔性控制与关键参数采集，为金属功能件的成型提供了硬件条件。. 在理论上，建立了描述均匀金属液滴沉积铺展及凝固过程的多物理场耦合分析模型，实现了金属液滴沉积过程的多场耦合分析，为功能单元的选择及其嵌入工艺的建立提供了理论依据。为实现功能单元与金属基体紧密结合，开发了异质材料表面金属化处理工艺，初步明确了金属微滴在异质材料表面沉积铺展以及结合界面生成的机理。同时，并提出了一种导电类功能单元表面制备绝缘/金属复合层的方法，实现了功能单元与金属基体之间绝缘处理，并产生了良好界面结合。. 在上述设备开发和理论研究基础上，本项目实现了非组装铰接结构3D打印成型，嵌入导线的连杆件3D打印成型以及嵌入形状记忆合金丝的功能零件3D打印成型，为将零件结构性能与铰接、导电或致动功能的集成提供了可行方法。. 本项目在国内外(含会议)发表学术论文13篇(SCI收录7篇、EI收录9篇)；申请专利4项（授权1项），软件著作权1项；获省厅级奖1项；申请获批国防科技图书出版基金1项；