关于科技项目“电弧熔丝增材制造高效高精度成形机理与组织性能调控”申报 2022年四川省自然科学奖提名的公示
项目名称：电弧熔丝增材制造高效高精度成形机理与组织性能调控
提名奖种及等级：四川省自然科学奖（二等及以上）
提名者及提名意见：
该项目在国家自然科学基金、四川省科技计划等国家级、省部级项目的支持下，揭示了超大电流熔池稳态成形机理，提出了电弧力作用方向调控方法，解决了薄壁件高效成形难题；发展了虚拟双目立体视觉控制方法，攻克了传统电弧增材制造因尺寸累积误差依赖人工干预的难题，创建了前-反馈协同感知与控制模型，实现了薄壁件自主连续高精度成形控制；揭示了薄壁件电弧增材制造熔池拖尾机理，提出了多丝辅助、可控分流的熔池热场调控方法，发现了多丝、分流作用下成形层组织演化规律，为提高薄壁件性能奠定了理论基础。项目成果有力促进了电弧增材制造学科的发展，理论成果及衍生技术已经在高速列车车体与转向架的设计与制造中得到应用，为中国高铁领域高性能关键部件制造技术的创新发展和质量提升提供了有力支撑。
项目成果出版学术专著1部，授权国家发明专利30项，发表SCI论文45篇，EI论文5篇，5篇代表作WOS核心合集SCI他引223次，被国内外院士、国际权威学会会士、期刊主编等在内的多位著名专家学者广泛引用、正面评价与跟踪研究。第一完成人入选首届四川省科协青年人才托举工程、西南交通大学扬华学者，获天府焊接新人奖，担任国际期刊Journal of Modern Industry and Manufacturing编委，中国焊接青委会委员，四川省增材制造技术协会副会长；完成人中国家级高层次人员1人。
我单位认真阅读了该项目的提名材料并确认全部真实有效，按照要求进行了提名前公示。
项目简介：
先进轨道交通等高速载运装备制造业是为我国基础工业提供技术装备的战略性产业，然而传统铸锭冶金、塑性成形、机械加工的复杂制造流程仍占主导，由此激发了对柔性、低成本、短周期、高效率电弧熔丝增材制造技术的迫切需求。然而现有电弧增材制造更多侧重工艺与技术优化，高效成形过程熔池稳态成形机理不明、高精度连续成形过程监测与控制策略缺乏、大热输入下组织演变与性能调控机制不清等科学难题，极大制约了该技术的进一步创新发展和质量提升，严重阻碍了其走向工程应用推广的步伐。该项目面向高效率、高精度、高性能电弧熔丝增材制造的国家重大战略需求，在国家自然科学基金等项目资助下，针对高效成形控形机理、过程监测与控制、组织性能调控等科学难题开展研究，在金属构件电弧熔丝增材制造高效率成形与控形、自主连续高精度成形智能控制、组织性能调控方面取得了重要的科学发现，为电弧熔丝增材制造技术的突破性发展奠定了理论基础。主要科学发现如下：
一、揭示了超大电流熔池稳态成形机理，提出了电弧力作用方向调控方法，薄壁件熔化极气体保护电弧（Gas Metal Arc，GMA）稳定成形的极限电流提高约1倍，开发了复杂几何特征平堆位姿制造技术, 解决了薄壁件小倾角控形难题；
二、发展了虚拟双目立体视觉控制方法，攻克了传统电弧增材制造因尺寸累积误差依赖人工干预的难题，创建了前-反馈协同感知与控制模型，实现了薄壁件自主连续高精度成形智能控制；
三、揭示了薄壁件电弧增材制造熔池拖尾机理，提出了多丝辅助、可控分流的熔池热场调控方法，阐明了多丝、分流作用下成形层组织演化规律，为提高薄壁件性能奠定了理论基础。
该项目出版专著1部，发表SCI论文45篇，EI论文5篇，其中5篇代表性论文总计被Additive Manufacturing、Acta Materialia等期刊WOS核心合集SCI他引223次，产生了良好的国际学术影响力，国内外院士、国际权威学会会士、国际期刊主编/副主编等在内的多位著名专家学者广泛引用和高度评价了项目组提出的机理与方法。项目组获授权国家发明专利30项，理论成果及衍生技术已经在高速列车车体与转向架的设计与制造中得到应用，为中国高铁高性能关键部件制造技术的创新发展和质量提升提供了有力支撑。第一完成人入选首届四川省科协青年人才托举工程、西南交通大学高层次人才计划-扬华学者，获天府焊接新人奖，担任国际期刊Journal of Modern Industry and Manufacturing编委，中国焊接青委会委员，四川省增材制造技术协会副会长；完成人中国家级高层次人员1人。
代表性论文专著目录：
[1] Yanjiang Li, Jun Xiong*, Ziqiu Yin. Molten pool stability of thin-wall parts in robotic GMA-based additive manufacturing with various position depositions. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2019, 56: 1-11.
[2] Jun Xiong*, Yangyang Lei, Hui Chen, Guangjun Zhang. Fabrication of inclined thin-walled parts in multi-layer single-pass GMAW-based additive manufacturing with flat position deposition. Journal of Materials Processing Technology. 2017, 240: 397-403.
[3] Jun Xiong, Guangjun Zhang*, Zhilong Qiu, Yongzhe Li. Vision-sensing and bead width control of a single-bead multi-layer part: material and energy savings in GMAW-based rapid manufacturing. Journal of Cleaner Production. 2013, 41: 82-88.
[4] Jun Xiong*, Rong Li, Yangyang Lei, Hui Chen. Heat propagation of circular thin-walled parts fabricated in additive manufacturing using gas metal arc welding. Journal of Materials Processing Technology. 2018, 251: 12-19.
[5]尹紫秋, 熊俊*. 基于ACT匹配的GMA增材制造熔池形貌三维重建. 焊接学报. 2019, 40(1): 49-52.
主要完成人情况：
熊俊，3排1，博士，教授，西南交通大学，本项目负责人。提出了项目的总体学术思想和研究方案，揭示了超大电流熔池稳态成形机理，提出了电弧力作用方向调控方法，解决了薄壁件高效成形难题；创建了前-反馈协同感知与控制模型，实现了薄壁件自主连续高精度成形智能控制；阐明了多丝、分流作用下成形层组织演化规律，为提高薄壁件性能奠定了理论基础。对本项目重要科学发现中的第1-3点做出了创新性贡献，是代表性论文1、5的通讯作者，代表性论文2、3、4的第1作者。
张广军，3排2，博士，教授，哈尔滨工业大学，本项目的重要参与者。开发了复杂几何特征平堆位姿制造技术，解决了小倾角控形难题；发展了电弧增材制造被动视觉传感与控制方法，攻克了传统电弧增材制造因尺寸累积误差依赖人工干预的难题，为薄壁件稳态制造提供了理论基础。对本项目重要科学发现中的第1-2点做出了创新性贡献，是代表性论文3的通讯作者，代表性论文2的共同作者。
陈辉，3排3，博士，教授，西南交通大学，本项目的主要参与者。完成人发现了电流、行走速度对极限成形倾角的影响机制；建立了薄壁件电弧增材制造热力耦合有限元模型，揭示了成形过程热传输特性及熔池拖尾机理。对本项目重要科学发现中的第1、3点做出了贡献，是代表性论文2、4的共同作者。
完成单位情况：
西南交通大学：项目第一完成单位
西南交通大学作为项目的主要完成单位，牵头组织完成了与本项目密切相关的国家自然科学基金与四川省科技计划项目。在项目完成过程中，充分调动、利用轨道交通国家实验室（筹）和牵引动力国家重点实验室两大国家级实验平台的科学研究资源，为项目开展提供坚实的设备基础和良好的试验场地，对本项目的科学发现贡献为：1）揭示了超大电流熔池稳态成形机理，提出了电弧力作用方向调控方法，薄壁件稳定成形的极限电流提高约1倍；2）创建了前-反馈协同感知与控制模型，实现了薄壁件自主连续高精度成形智能控制；3）揭示了薄壁件电弧增材制造熔池拖尾机理，提出了多丝辅助、可控分流的熔池热场调控方法，阐明了多丝、分流作用下成形层组织演化规律，为提高薄壁件性能奠定了理论基础。
哈尔滨工业大学：项目第二完成单位
哈尔滨工业大学作为项目的参与完成单位，牵头组织完成了与本项目密切相关的课题。在项目完成过程中，充分调动、利用先进焊接与连接国家重点实验室的科学研究资源，为项目开展提供坚实的设备基础和良好的试验场地，对本项目的科学发现贡献为：1）开发了复杂几何特征平堆位姿制造技术, 解决了薄壁件小倾角控形难题；2）发展了被动视觉传感与控制方法，攻克了传统电弧增材制造因尺寸累积误差依赖人工干预的难题。
