北京工业大学成果推介（第一期）|北京工业大学|施焊|材料|焊缝|电弧|等离子|金属|高精度

电弧熔丝增材工艺/路径规划系统与数字孪生平台

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本项目集成了增材制造路径规划软件(自研)增材制造数字化/模型监控平台(自研)和机器人增材制造平台(集成)的整体装备和系统。增材制造路径规划软件搭载的底层算法全自研，核心路径规划算法20种，可将三维模型转换为执行机构的机器语言，可集中设置的参数近百种，突破了国外工业级金属3D打印工艺软件垄断的市场痛点;增材制造数字化/模型监控平台可远程监控设备和打印路径状态，监控电源和送丝系统的状态等。该电弧增材制造整体装备和系统可为国内金属增材制造厂商提供全流程一体化的数据处理服务和装备设计服务。

市场分析：

据统计，2017至2020年间，中国3D打印产业规模呈现持续增长的态势。2020年，该产业规模已达到208亿元，同比增长率高达32.06%。中商产业研究院的预测显示，到2022年，我国3D打印市场规模有望突破325亿元，年均增速将保持在20%以上。中国市场上涌现出众多电弧熔丝增材制造厂家。经过团队的深入调研和多年市场探索发现，国内厂商在工业级金属3D打印软件方面普遍依赖国外供应商，不仅价格昂贵，还存在被技术制约的风险。本项目不仅具备与国外同类型软件相媲美的功能，还在打印工艺与算法的结合上展现出更大优势。软件的核心算法在效率和精度上达到行业领先水平，并针对该技术独创了国外产品所不具备的核心功能，为用户提供更加卓越的使用体验。

应用方向:

在装备方面，团队具备设计并量产小型电弧送丝增材制造装备的能力，凭借多年的装备集成与研发经验，能根据用户的特定需求，定制各类中大型及多机器人协同的打印装备。在软件方面，团队经过多年的研发积累，成功打造出一款兼具通用性和一体化特点的共性工艺规划软件。这款软件能够为各类金属增材制造装备提供高效的数据处理服务，并且兼容多种不同型号的打印装备。

在应用方面，团队已经成功为航空航天等多家大型国企提供了电弧熔丝增材制造系统与装备。

系统均搭载了自主研发的智能软件，确保了整套打印工艺策略的高质量和高精度。

知识产权和产业化分析

团队产品的产业化成本预计为1000万，主要包括厂房租赁、设备研发、产品销售等。

成果相关图片：

图例说明:

1、电弧增材制造装备

2、数字李生软件

3、工艺规划软件

多功能救援属具

成果单位：北京工业大学

项目简介：

团队针对国内外救援属具功能单一、无法实现多任务连续操作、易造成二次伤害等问题，提出单一属具多功能的技术思路。围绕救援属具的稳定性、智能性、环境适应性等关键性能指标，研发出用于复杂工况下的连续作业的钳剪抓一体多功能属具和能在废墟环境中楼板或墙壁上快速开辟救援通道的开孔取芯一体多功能属具。上述研究拓展了传统救援属具的功能，大大提高了作业效率;提高了其智能化水平，优化了操作体验;提高了其安全性和稳定性，防止了对被救援人员可能造成的二次伤害。填补了与通用大型工程机械装备对接的多功能救援属具的空白。

市场分析:

该装备主要面向全国各省市应急救援队，其数量大约近1000家。目前国内市场上还未见到同类产品。

目前的合作企业是山河智能装备集团(非独家)。

应用方向

本研究适用于灾后废墟救援场景。

知识产权和产业化分析

目前，两款多功能救援属具已完成工程样机的加工制造、安装以及测试，技术成熟度达到7级。同时，还获得中国发明专利授权两项，美国专利授权两项。中国地震应急搜救中心将采购该设备，并将其列入“高精尖救援装备”培训科目，向全国各省市应急救援队推广，具体收益情况视项目规模及具体投资情况而定。

成果相关图片：

图例说明:

1、钳剪抓一体多功能属具产品实物

2、钳剪抓一多功能属具应用现场

3、开孔取芯一体多功能属具产品实物

4、开孔取芯一体多功能属具应用现场

多光源可调节的面曝光3D打印关键技术及应用

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本成果主要围绕制造行业革命性的3D打印技术中存在的“打不大”、“打不好”、“不灵活”的问题，通过深度融合智能信息处理与3D打印技术，在国际上率先提出了多光源静态组合框架，发明了光源组合模式自动获取方法，提出了基于全局优化的光照均匀化模型，设计了模型自适应打印控制方案，实现了大尺寸、高质量、可调节的面曝光3D打印技术。进一步，面向光照均匀化，设计了光源投影映射函数自动获取方法。针对树脂粘度相差较大导致的打印质量不稳定的问题，设计了辅助关键部件，保证了不同类型树脂的高质量打印。项目打破了DLP光源受限的技术瓶颈，有效解决了DLP面曝光3D打印尺寸受限问题。针对打印过程中出现的气泡、树脂填充不足等随机缺陷，设计了实时检测与原位修复策略，能够真正提升打印成功率并减少材料浪费。此外，本成果通过结合上述技术搭建了多光源组合的DLP大尺寸面曝光3D打印装置，在保持精度和速度的情况下，成型尺寸高于市场同类产品30%，有效解决了DLP面曝光3D打印尺寸受限问题，获高水平发明专利20余项。

市场分析

本成果可以满足生产大型零件和模型需求，其节省制造时尺寸面曝光3D打印技术，理论上拼接光源数量不受限制，艺术品等诸多应用领域获得应用。此外，本项目研制的DLP大打印尺寸可以与SLA、SLS等竞争，再配合光照均匀化技术可保证成型质量。研制设备成型尺寸高于市场上同类产品:30%，打印精度与打印厚度与国内外各种类型的光固化3D打印机相当，打印速度与国内外面曝光3D打印机相当。

应用方向

高分子3D打印材料研发、航空发动机陶瓷部件制造。涉及航空航天、医疗健康、文化创意、化工等领域。

知识产权和产业化分析

1)材料成本:该技术可以适配任意型号任意均匀度任意组合的DLP光源，因此可以使用低成本光源，且一次性的大尺寸成型可以有效利用树脂材料，降低材料成本;

2)生成效率:一次性的大尺寸成型避免了拼接或组装的步骤，节省了制造时间和人力成本，缩短了交付周期;3)灵活性和定制化:多光源可调节的面曝光3D打印系统可以满足定制化需求，适应不同行业和客户的特定设计和尺寸要求。4)创新和设计:可以推动创新设计和制造，提高产品设计灵活性和生产可行性

成果相关图片：

图例说明:

1、兼容不同光源的面曝光3D打印整机设备

2、部分大尺寸打印产品

复杂空间曲线等离子弧自动焊接关键技术与装备

成果单位：北京工业大学

项目简介

变极性等离子弧焊是铝合金中厚板焊接的优选工艺，但是常规等离子弧穿孔焊接工艺装备只适用于规则焊缝，无法满足空间曲线稳定施焊的需求。本团队研制的复杂空间曲线等离子弧自动焊接装备，在国际上首次实现了复杂曲面多位置等离子弧自动焊接，能适应3-12mm厚度铝合金板材的对接施焊，多位置焊接焊缝余高和熔宽的波动范围小于0.5mm，使焊接装配允差提升至小于+1mm，在5.2mx4.5mx2.08m大工作区间内重复定位精度优于±0.08mm，焊后球面轮廓度小于0.5mm/m。

市场分析

项目创新成果直接应用于我国空间站核心舱、实验舱、神舟载人飞船等产品，目前所有空间飞行器均采用相关技术成果完成焊接装配，累计完成3609米焊缝，一次合格率100%，交付效率提升6倍，保证了我国当前和未来密集空间发射任务的顺利实施。关键技术推广应用到运载火箭、大型气垫船、特高压输电等重点领域关键部件研制。项目直接服务我国载人航天工程，关键技术推广应用于运载火箭、大型气垫船、特高压输电、建筑钢结构等重点领域关键部件研制，为国家重大需求提供关键技术支撑

应用方向

铝合金薄壁密封结构广泛应用于航空航天、轨道交通、特高压输电等重点领域关键部件研制，其焊缝质量对产品性能有决定性影响。传统焊接方法存在工效低、质量不稳定的问题。为解决这一难题，团队研发了铝合金薄壁密封结构复杂空间曲

线的自动焊接关键技术。该技术通过多传感器在线检测、自适应参数优化和焊接过程环境稳定控制，实现了过程稳定、焊缝质量好的全自动化焊接。该成果可直接服役于空间站二期、载人登月等后续产品研制，项目多项关键技术已持续推广到航空、兵器、船舶、建筑钢结构等关键部件研制，应用前景广阔。

知识产权和产业化分析

传统中厚至大厚度铝合金板材焊接，均采用钨极氩弧多层多道焊完成，不论是产品质量还是生产效率均远低于单面一次施焊双面成形的变极性等离子弧焊接装备。以高压开关行业为例，通过前期调研，若应用本技术完成8-18毫米铝合金结构件的焊接，企业可新增产值2亿元/年，利润约2000万元/年，还可带动企业上下游产业的发展。

成果相关图片：

图例说明:

空间轨迹11轴联动-焊炬位姿6自由度微调变极性等离子弧焊接装备

高刚度重载搅拌摩擦焊机器人

成果单位：北京工业大学

项目简介:

本项目面向载人航天、大飞机等国家重大科技专项对搅拌摩擦焊机器人的迫切需求，突破基于双RV减速器关节的高刚度机器人本体设计与机器人末端力位精确控制，研制了全自主的高岗度重载搅拌摩擦焊接机器人系统。该成果在我国空间站辐射器、新型运载火箭和大型飞机长桁等典型样件中进行了应用验证，已在多领域推广应用并获得一致好评。

市场分析

搅拌摩擦焊接在航空、航天、轨道交通等领域应用日益广泛，复杂曲面薄壁结构的搅拌摩擦焊接必须以机器人为载体，该技术具有较广阔的市场前景。

应用方向

该成果主要面向在航空、航天领域薄壁壁板结构的柔性高效精密绿色焊接。

知识产权和产业化分析

该成果为全自主研发的重载工业机器人系统，从电机、到RV减速器，从机器人控制器到工艺过程控制都是国产自主开发，整机成本相比国外同类产品有显著优势。

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