快速成形技术分中心 研究方向、内容及成果

分中心主任： 张人佶教授

成员： 颜永年教授、卢清萍教授、林峰副教授、王小红副教授、熊卓副教授、张磊博士后、袁达高工

主要研究方向和研究内容

◆ 快速成形（RP）技术

快速成形（RP）技术是制造业向现代化进展的核心技术之一。其推广应用，为机械制造业由刚性自动化向柔性自动化的过渡和发展做出了重要的贡献。制造业广泛采用 RP 技术，不仅可以把传统机械加工装备的性能和质量提高到一个新的水平，而且可以极大地提高加工效率、提高零件的加工质量，解决复杂零件的加工制造技术，同时还可以对制造业的产品结构、生产方式、管理模式、生产组织等产生巨大的影响。 RP 技术和装备的普及，将促进制造业向柔性化、集成化方向发展，使现代制造业产生巨大的变革。因此，本项目涉及的技术是发展高新技术和产品的关键技术，除了应用于汽车工业之外，还是发展航空、航天、微电子、信息技术和国防现代化的急需。它不仅代表了国家制造水平的标志，更是其国力和国威所在。

◆ 重型装备制造

重型装备工作过程中伴随着巨额的能量聚集、传递、释放的过程 , 对其本体 ( 重型结构 ) 以及液压传动和控制系统 , 提出了严格的要求 ( 本文主要讨论结构问题 ) 。重型结构的制造占重型装备成本 , 周期和风险的主要部分 . 如数万吨的 承载机架 对于重型液压机 , 重型牌坊对于重型 (5 米 ) 轧机；如重型轴对称结构对于水轮机 , 对于重型液压缸和超高压容器；如重型高梁对于液压机动梁 , 上梁和下粱等等。重型结构的制造处于金属成形、加工、安装、运输能力的极限状态；投资巨大且周期长。重型结构制造技术路线始终围绕着下述三个矛盾而发展：（ 1 ）金属可成形性的问题与风险；（ 2 ）金属加工 , 热处理的问题 和风险；（3）装配、运输的问题和风险 . 归根到底就是可靠性 , 周期和成本的问题 也就是制适风险问题；

同一重型结构，可采用不同的制造技术路线，问题是采用何种技术路线可使风险降至最低，在诸多可行方案中寻求最低风险方案。

代表性研究成果

◆ 生物材料耳软骨支架客户化快速成形制造

本研究任务为清华大学 CIMS 工程中心激光快速成形分中心、中国医学科学院整形医院和北京殷华激光快速成形与模具技术有限公司合作的项目，双方投入 15 人， 95 万元资金，历时三年完成。

为了简化手术操作，减少对患者的伤害，改善修复效果，激光快速成形中心和整形医院经过友好协商，共同履行本项目。

工作目标是：研制具有良好柔韧性、生物相容性、与患者健侧耳廓高度相似的人工耳软骨支架植入物以及完成上述目标的软件、硬件、材料、工艺和设备。这是一项具有我国自主知识产权的全套技术与设备的研发项目。工作内容是：获取患者健侧耳软骨数据，作为建立耳软骨支架数字模型的根据。选择适用的材料，作为耳软骨支架快速成形材料。并对其进行分析和表征。开发桌面快速成形设备及相应分层、控制软件，实现快速成形工艺。成形一定数目耳软骨支架，进行动物试验。

研制过程经历了数据获取并建模、材料选择、成形工艺制定，成形设备研发和动物实验几个阶段。

1 、耳软骨特点及数据获取与耳软骨支架重构

2 、耳软骨支架快速成形材料选取

3 、送料机构开发

4 、快速成形系统硬件、软件开发

5 、进行动物试验验证、分析

动物实验室检验人工耳软骨支架综合指标的有效途径。我们分别在新西兰大白兔、老鼠背上进行植入试验和相容性试验。实验结果不仅验证了材料的良好相容性，更验证了本研究工艺路线的可行性。为进行下一步的临床试验做好充分准备。

◆ 大口径厚壁无缝钢管垂直挤压设备设计、制造及挤压工艺开发

为解决我国电力工业（特别是核电）对高强度大口径厚壁无缝钢管的急需，兼顾石油、化工、机械制造、船舶、航空、航天领域等对高强度大口径厚壁无缝钢管的需求，在中国兵器工业集团总公司的主持下，清华大学与内蒙古北方重工业集团有限公司签署了上述合同。

清华大学作为研究开发方，完成了一台 360MN 垂直挤压机和一台 150MN 制坯机的设计、挤压－制坯工艺关键工装和模具设计、典型工艺的开发及安装调试中的技术培训和指导等任务。

垂直挤压钢管的尺寸为：外径 273 － 1200mm 、壁厚 20 － 130mm 、长度 6500 － 12000mm 。 360MN 垂直挤压机是世界最大的钢管挤压设备，目前美国的垂直挤压机的吨位是 300MN 。