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1. 痛點(diǎn)問題 高分子材料在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著越來越多的高性能、高功能性高分子新材料不斷涌現(xiàn)，以及在雙碳背景下高分子材料的降解回收受到越來越多的關(guān)注，都使得壽命可控的高性能材料成為重大需求，同時(shí)對材料的老化評價(jià)和準(zhǔn)確的壽命預(yù)測手段有強(qiáng)烈需求。 目前的老化評價(jià)方法主要有兩種：室外自然老化和實(shí)驗(yàn)室加速老化，定期取樣測試材料的性能變化。室外自然老化評價(jià)結(jié)果反映實(shí)際使用情況，但周期長達(dá)幾個月到幾年，且受氣候條件的影響不可重復(fù)。實(shí)驗(yàn)室加速老化的周期有所縮短，但通常也需幾千小時(shí)以上，且由于加速老化設(shè)備不能完全模擬實(shí)際使用條件，導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果常常與實(shí)際使用情況不符。 綜上，自然老化的評價(jià)周期過長，而加速老化評價(jià)不僅評價(jià)周期仍然較長，而且結(jié)果又常常存疑，嚴(yán)重阻礙了新材料投入應(yīng)用的進(jìn)程。 2. 解決方案 針對以上痛點(diǎn)問題，本項(xiàng)成果提出了全新思路，即通過對高分子材料老化早期產(chǎn)生的痕量氣相降解產(chǎn)物的高靈敏度檢測，來實(shí)現(xiàn)對老化的快速評價(jià)。并基于此開發(fā)了高分子材料老化快速評價(jià)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在光照、溫度、濕度、氧氣等模擬氣候條件下老化的快速評價(jià)。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： 將評價(jià)周期從幾個月~幾年縮短為幾個小時(shí)，極大地提高了材料評價(jià)的效率，對新材料的研發(fā)和應(yīng)用將起到極大的促進(jìn)作用。 可以實(shí)現(xiàn)多種老化環(huán)境因素（光/熱/氧/濕）的單獨(dú)應(yīng)用或耦合應(yīng)用，可以適應(yīng)不同老化條件的評價(jià)需求。 樣品用量少，mg~g級，對用量極小的功能性新材料（如電子器件中的功能膜等）的穩(wěn)定性評價(jià)具有突出的優(yōu)點(diǎn)。 合作需求 目前本項(xiàng)目的技術(shù)成熟，希望與企業(yè)合作，開展如下工作： 1）進(jìn)行產(chǎn)品的集成和外觀設(shè)計(jì)、針對不同細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行系列產(chǎn)品開發(fā)，不斷開拓市場。 2）承接實(shí)驗(yàn)室后續(xù)的開發(fā)成果，進(jìn)行產(chǎn)品的升級開發(fā)。 3）第三方檢測：建立第三方檢測平臺，對全社會提供老化評價(jià)服務(wù)。 希望合作企業(yè)具有儀器設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)能力。所需資金約800-1000萬元，產(chǎn)品開發(fā)實(shí)驗(yàn)室約150-200m2。

成果創(chuàng)新點(diǎn) 團(tuán)隊(duì)以加工路線圖為指導(dǎo)，研發(fā)能源環(huán)境為應(yīng)用導(dǎo)向 的微孔功能膜、信息顯示為應(yīng)用導(dǎo)向的光學(xué)膜和可持續(xù)農(nóng) 業(yè)發(fā)展的功能農(nóng)膜，力爭建成具有國際影響力、服務(wù)我國 高性能薄膜產(chǎn)品研發(fā)的基地。成果基于薄膜加工參數(shù)空間 材料基因圖譜可實(shí)現(xiàn)多重尺度結(jié)構(gòu)精確調(diào)控，解決了行業(yè) 薄膜結(jié)構(gòu)、形貌穩(wěn)定性差，力學(xué)性能低，厚度波動大、產(chǎn) 品一致性差，成品率低，生產(chǎn)效率低下等關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。 技術(shù)成熟度

團(tuán)隊(duì)以加工路線圖為指導(dǎo)，研發(fā)能源環(huán)境為應(yīng)用導(dǎo)向的微孔功能膜、信息顯示為應(yīng)用導(dǎo)向的光學(xué)膜和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的功能農(nóng)膜，力爭建成具有國際影響力、服務(wù)我國高性能薄膜產(chǎn)品研發(fā)的基地。成果基于薄膜加工參數(shù)空間材料基因圖譜可實(shí)現(xiàn)多重尺度結(jié)構(gòu)精確調(diào)控，解決了行業(yè)薄膜結(jié)構(gòu)、形貌穩(wěn)定性差，力學(xué)性能低，厚度波動大、產(chǎn)品一致性差，成品率低，生產(chǎn)效率低下等關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。 

面向大尺寸高精度陶瓷及其復(fù)合材料復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的成形，基于面曝光技術(shù)，開發(fā)了專用大尺寸陶瓷增材制造成形裝備及相關(guān)工藝。 技術(shù)特征 基于面曝光技術(shù)的陶瓷預(yù)制體成形設(shè)備可成形ZrO2、Al2O3陶瓷預(yù)制體，利用微透鏡陣列聚焦及光斑微偏移技術(shù)，分辨率可提升到37.5μm，結(jié)合收縮預(yù)測技術(shù)，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸達(dá)270mm×300mm×450mm，成形相對精度達(dá)到±1%，同時(shí)配套研發(fā)了無缺陷脫脂與燒結(jié)工藝，燒結(jié)樣件致密度可達(dá)97%。

面向大尺寸高精度陶瓷及其復(fù)合材料復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的成形，基于面曝光技術(shù)，開發(fā)了專用大尺寸陶瓷增材制造成形裝備及相關(guān)工藝。技術(shù)特征基于面曝光技術(shù)的陶瓷預(yù)制體成形設(shè)備可成形ZrO2、Al2O3陶瓷預(yù)制體，利用微透鏡陣列聚焦及光斑微偏移技術(shù)，分辨率可提升到37.5μm，結(jié)合收縮預(yù)測技術(shù)，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸達(dá)270mm×300mm×450mm，成形相對精度達(dá)到±1%，同時(shí)配套研發(fā)了無缺陷脫脂與燒結(jié)工藝，燒結(jié)樣件致密度可達(dá)97%。應(yīng)用范圍:該項(xiàng)目研發(fā)了高精度結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形的增材制造裝備，并開展了相關(guān)工藝的研究，解決了工程陶瓷材料難以成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的難題。項(xiàng)目所涉及技術(shù)可成功制備低介陶瓷無源器件、仿生多孔結(jié)構(gòu)與吸波超結(jié)構(gòu)等，可在航空航天、衛(wèi)星、雷達(dá)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

鋁及其合金是工程應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一。傳統(tǒng)的鋁合金零件通過鑄造、鍛造和粉末冶金等方法制造，與這些傳統(tǒng)制造過程相關(guān)的工具設(shè)備增加了制造成本和交付周期。3D打印技術(shù)由于為制造設(shè)計(jì)提供了豐富的自由度而廣泛應(yīng)用于工程零件的制造。現(xiàn)有3D打印技術(shù)中，選擇性激光熔化（SLM）是發(fā)展最為廣泛的方法之一。但是SLM工藝中的冶金缺陷如許多裂紋、球化和氣孔導(dǎo)致只有有限數(shù)量的金屬適合該種工藝，且具備滿足要求的密度、微觀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。中南大學(xué)粉末冶金研究院李瑞迪研究員和新西蘭奧克蘭大學(xué)、中車工業(yè)研究院有限公司等單位合作通過對合金元素進(jìn)行調(diào)控和熱處理工藝的探索，發(fā)展了一種適用于SLM制備工藝，具有良好抗裂性和高強(qiáng)度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相關(guān)論文以題為“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》在線發(fā)表。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060在該項(xiàng)工作中，研究人員設(shè)計(jì)了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用霧化合金粉末進(jìn)行3D打印制備。在沒有Si元素的情況下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制備過程中均易發(fā)生熱裂紋，平均裂紋密度隨Mg含量的增加而增大。發(fā)現(xiàn)在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能夠有效地抑制SLM過程中的熱裂紋，同時(shí)細(xì)化制備合金的微結(jié)構(gòu)，從而提高打印試樣的力學(xué)性能。圖1：不同成分的打印樣品晶粒尺寸和形貌EBSD分析結(jié)果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶體學(xué)取向用倒極圖（IPF）表示。圖2：Mg和Si元素對試樣斷裂行為的影響。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉應(yīng)力應(yīng)變曲線。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的斷口SEM圖像。通過對合金成分的進(jìn)一步微調(diào)，研究人員設(shè)計(jì)了一種新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。這種新合金具有明顯的細(xì)化微觀組織，由亞微米胞體和胞體中存在的共晶Al3（Sc，Zr）納米粒子（2-15nm）和粒間Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直徑10-100nm）組成。打印試樣中形成了高密度的層錯和獨(dú)特的9R相。試樣的拉伸強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到497MPa和11%。經(jīng)過時(shí)效處理后，試樣的拉伸強(qiáng)度達(dá)到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化和納米顆粒強(qiáng)化外，高密度層錯也有助于強(qiáng)化。圖3：不同組分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印樣品的細(xì)晶區(qū)TEM圖像：（a1-2）合金4的胞狀結(jié)構(gòu)；（a3-4）合金的柱狀結(jié)構(gòu)；（b1-5）合金（b2）的胞狀結(jié)構(gòu)是（b1）的暗場圖像；（b3-4）合金的柱狀組織#5；圖（a2），（a4），（b2）和（b4）顯示了晶間共晶組織；（b5）是SLM-printed Alloy#5細(xì)胞的干HAADF圖像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相應(yīng)EDX圖譜。圖4：（a）SLM打印合金#5時(shí)效前后的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。曲線“#5”表示打印合金#5；曲線“#5-HT1”表示360℃時(shí)效8h的合金#5；曲線“#5-HT2”表示300℃時(shí)效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2斷裂處拉伸試樣的透射電鏡顯示具有高密度位錯和SFs的變形組織。（c）沿[001]方向的變形亞晶中滑移帶和滑移方向的HRTEM圖像。（d）在（-100）面上用（c）圖中標(biāo)記區(qū)域的傅里葉逆變換圖像顯示出高密度位錯。這項(xiàng)研究成果通過在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精細(xì)打印微觀組織，獲得了無裂紋的打印合金成分。隨后通過熱處理時(shí)效工藝引入高密度層錯并細(xì)化晶粒，開發(fā)出了一種具有低熱裂敏感性和高強(qiáng)度的新型鋁鎂合金。這項(xiàng)工作提供了一種解決和消除SLM工藝中的冶金缺陷的鋁鎂合金成分設(shè)計(jì)方法和熱處理工藝，推動了SLM制造技術(shù)的工程應(yīng)用。

本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，并公開了一種異質(zhì)多材料增材制造 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)臂機(jī)器人、打印裝置、減材裝置和監(jiān)測反饋裝 置，通過采用旋轉(zhuǎn)式多噴頭切換打印裝置，以多個送絲打印機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 切換的方式進(jìn)行多材料多工藝實(shí)時(shí)切換打印，實(shí)現(xiàn)了多材料多工藝的 高效 3D 打印成形；雙目立體視覺在線實(shí)時(shí)監(jiān)測反饋裝置及時(shí)反饋加工 零部件的層層溫度信息及三維輪廓信息并與原始模型對比標(biāo)定，確定 減材加工時(shí)機(jī)及相應(yīng)減材加工參數(shù)。通過本發(fā)明，高精

從底層材料設(shè)計(jì)出發(fā)制備性能優(yōu)異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質(zhì)量立體光固化打印系統(tǒng)，優(yōu)化脫脂燒結(jié)工藝流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能優(yōu)異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。 一、項(xiàng)目分類 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡介 制備較低粘度、高固含量的氧化鋯漿料和優(yōu)化的脫脂、燒結(jié)過程成為光固化成型技術(shù)的關(guān)鍵步驟。為解決以上問題，推動增材制造氧化鋯在口腔臨床中的應(yīng)用，申報(bào)人團(tuán)隊(duì)從底層材料設(shè)計(jì)出發(fā)制備性能優(yōu)異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質(zhì)量立體光固化打印系統(tǒng)，優(yōu)化脫脂燒結(jié)工藝流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能優(yōu)異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。