高 性 能 精 密 制 造

郭東明

大連理工大學精密與特種加工教育部重點實驗室，大連，116024

0 引言

航空、航天、海洋開發、深空探測，以及大科學裝置等國家重大工程的建設與發展，對零件提出了一系列前所未有的性能要求。高性能航空發動機的研制需要葉片等核心部件更加輕質，且具有更高的耐熱溫度和抗疲勞特性。航空、核電等裝備的長期運行要求其超大型鍛件、高速運動部件等具有優異的抗磨損、耐腐蝕、耐疲勞特性，即具備超長使役可靠性。

在工業裝備輕量化設計，以及人工生物組織、功能材料零件等的設計中存在大量的宏觀、細觀，甚至微觀的幾何特征，這對制造技術提出了更高要求?！蹲匀弧冯s志宣稱摩爾定律將走向盡頭，同時Intel宣布放棄使用硅制造7 nm線寬器件，面向微電子需求的非硅材料超精密加工已成為現實問題。

另外，光學工程、激光通信、紅外探測、激光核聚變等工程領域的高端應用，對高性能光學器件提出了越來越高的性能要求；在無線電導航和探測方面，為滿足隱身、輕量化等要求，設計中需采用與蒙皮一體化的共形天線取代依靠俯仰掃描運動的導引天線；在電磁波傳輸方面，為提高雷達搜索效率和精度，需要使用具有頻率選擇功能、帶通/帶隙功能，甚至遵從左手定則的非常規電磁材料；高精度、高靈敏度水聲探測需要大幅度提高壓電陶瓷傳感器機電轉化效率，并能夠實現嘈雜環境中的特定音頻信號的快速定位；存在于神話故事中的隱身斗篷(即能夠實現可見光隱身)的研制也必須使用能夠實現光線負折射的功能材料；高超聲速飛行器及空天飛機的氣動加熱問題，對熱氣動彈性主動控制結構、智能熱控結構等提出了更加苛刻的要求；未來飛行器設計方面，隱身、主動氣動彈性、智能蒙皮等概念的提出，要求飛機能夠將傳感、使能、承載等功能與結構完美結合；新能源等高技術領域中，為更好實現光電轉換、運動減阻、防滑、油水分離、自清潔等功能要求，需要采用高性能表面以提高效率。

傳統裝備及零件的設計與制造是在選定材料的基礎上進行零件幾何設計、公差確定與制造實現的過程，零件的性能與其尺寸精度往往表現為線性相關。傳統制造方法按精確設計的零件幾何尺寸及公差要求制造出零件，即可滿足零件性能要求。但僅以幾何尺寸公差為關注點的傳統設計制造理念，難以滿足航空、航天、電子技術等領域一批關鍵件的高性能制造需求。傳統裝備及零件設計制造面臨嚴峻挑戰。

1 高性能零件內涵

高性能需求要求零件以透波、傳熱、導流、動力學等性能為主要制造指標，因此，高性能零件具有以下主要特征：①曲面復雜；②具有材料超硬、超脆、超黏等難加工特征；③精度要求高；④性能受幾何、材料等多因素影響。因此，高性能零件的制造是傳統制造模式難以滿足的，高性能制造成為學科發展的迫切需求[1]。

對于零件而言，從不同的角度，可分為不同的類型(表1)。不同類型的交叉組合構成了性能多樣的結構功能一體化高性能零件。獲得理想材料零件(IFMC)是人類長久以來的期望，這些零件的特點是：不一定由單一或均質材料構成(多種材料復合融合制造)；按照零件的最佳使用功能即材料、結構、功能一體化的要求來設計制造，是由理想材料所構成的理想材料零件(控制基因仿生生長制造)；制造過程中需要采用增材制造、增減材復合制造技術或仿生制造技術(蓋房子式的制造)。

表1 零件分類方式Tab.1 The classification of parts

在學科當前發展階段，高性能制造(高性能零件的制造)面臨如下主要問題：零件的幾何精度滿足要求，但其性能指標達不到要求；零件的高性能要求導致材料/結構特殊，或精度要求極高，傳統加工方法往往無能為力或很難加工出符合要求的零件；高性能零件的性能參數與其幾何和材料特性等參數間呈非線性關系，可用公式表達如下：

Φ=Φ(m,g,a, …)

其中，Φ為性能目標；m為材料參數(函數)；g為幾何參數；a為工藝相關參數。

高性能制造以高端性能的精準保證為核心，是面向性能的反求制造，是定量定域定式的數字化制造。

2 高性能制造(高性能零件制造)的分類

2.1 性能與幾何精度為線性關系的高性能零件制造

2.1.1第Ⅰ類——復雜結構約束類的精密復雜曲面零件

復雜結構約束類的精密復雜曲面零件主要指復雜薄壁的低剛度精密零件，如飛機壁板和框梁、整體渦輪和葉盤、火箭推進劑貯箱和火箭發動機噴管等。此類零件在制造過程中存在諸多難點，如切削加工過程中存在加工變形、切削干涉或切削顫振，精度難以保證。相應的關鍵技術包括：①加工軌跡優化計算——路徑規劃與優化；②切削力建模計算——精確預測與控制；③變形預測建模計算——加工變形補償；④加工系統顫振抑制。在飛機壁板和框梁的加工方面，浙江大學、南京航空航天大學、北京航空航天大學等都開展了大量富有成效的工作[2-5]。在高性能復雜曲面的精密高效加工方面，大連理工大學也取得了重要進展[6-8]。

下面以火箭共底構件、發動機噴管和火箭推進劑貯箱為例，說明加工此類零件的技術難度，具體見表2。

表2 典型高性能零件加工難點Tab.2 Difficulties in machining typicalhigh-performance parts

通過采用大型復雜曲面“測量—曲面再設計—數字化加工”一體化等加工方法，國內已研發出相關專用裝備并得到應用，從而打破了國外技術封鎖，填補了國內空白。

2.1.2第Ⅱ類——難加工材料類的高性能零件

難加工材料類的高性能零件主要是指通過特殊的難加工材料和較高幾何精度來保證高性能的零件，如C/E或C/C復合材料構件、功能陶瓷等脆性材料、高溫合金材料零件等。其加工難點是：材料特性極端，表現為超硬、超脆、超黏或超軟等特性，材料去除機理不明。其關鍵技術包括：材料去除機理(材料微觀斷裂機理)，先進工藝(多能量耦合的加工工藝)，高性能刀具(刀具結構、材料及處理方法)。

例如，先進復合材料(碳纖維、芳綸纖維)具有比強度高、比剛度高、抗沖擊性和電磁特性好等優點，已被廣泛應用于航天、武器裝備等領域的高性能零部件的制造。但先進復合材料零件加工的主要問題是：加工損傷易發，加工效率低，缺陷難以預測，性能難以準確計算。先進復合材料零件的性能特征和加工特征見表3。

表3 先進復合材料零件的性能特征和加工特征Tab.3 Machining features and performancefeatures of advanced composite parts

服役可靠性和批產需求對大型復合材料構件的加工質量、加工穩定性和加工效率提出了極高的要求。如何實現大型復合材料構件高質高效加工是一個國際性的難題，涉及的主要問題包括材料如何去除、損傷如何抑制、溫度如何控制；主要影響因素包括高性能工具、高適應性工藝、高性能碳纖維復合材料構件數字加工裝備。

2.1.2.1 碳纖維復合材料構件高質高效加工技術

碳纖維增強樹脂基復合材料(以下簡稱“碳纖維復合材料”)輕質、高強度，對于“一克重就是一克金”的航空、航天、交通等領域高端裝備減重增效來說，具有非同尋常的意義。由于碳纖維復合材料細觀呈多相混合態、宏觀層疊、各向異性，加工中在力、熱的作用下，與金屬等各向同性均質材料相比，碳纖維增強樹脂基復合材料的失效行為及去除機理迥異，傳統加工理論和技術難以實現高性能要求的碳纖維復合材料構件高質高效加工，嚴重制約了碳纖維復合材料的推廣與應用。

大連理工大學在碳纖維復合材料切削原理研究方面取得重大突破：揭示了碳纖維復合材料加工去除機理和加工損傷產生機制，建立了適合碳纖維復合材料加工的新切削理論體系；在碳纖維復合材料加工損傷抑制原理上，提出了微刃力小化抑制損傷原理，實現加工過程的“微元去除”；通過巧妙設計工具以及切削運動的配合，發明了“反向剪切”原理，實現表層纖維有效切斷；基于“微元去除”和“反向剪切”原理，先后發明三類9個系列的制孔、銑削等加工刀具，加工損傷由原來的幾十毫米、幾毫米量級減至0.1 mm以內；在切削工藝研究方面，揭示出碳纖維復合材料切削質量隨溫度的變化規律，發明了負壓逆向冷卻和具有自風冷排屑功能的系列加工工藝。

2.1.2.2 先進復合材料零件超聲銑磨工藝

采用普通磨削方法加工航天C/C復合材料、金屬基復合材料構件時存在以下問題：磨削力大、溫度高，加工缺陷和熱損傷嚴重，加工質量差；砂輪堵塞嚴重，使用壽命低；加工效率低。而采用超聲輔助銑磨工藝加工上述復合材料構件時，可獲得較好的加工效果，目前，該工藝已在多家企業得到應用[9]。

2.1.2.3 先進復合材料零件切削工藝

飛船返回艙等蜂窩和低密度耐燒蝕復合材料構件在高速銑削和磨削時存在下述問題：精度低，質量差；加工效率低；刀具磨損快；粉塵污染嚴重。蜂窩芯加工中存在邊緣撕裂，孔格變形、毛刺，以及孔格壓塌等問題。針對此，康仁科等[10]開發出了蜂窩芯構件超聲切削加工技術及相應裝備。

2.1.2.4 先進復合材料零件加工工藝裝備

大連理工大學研發出13臺套高性能碳纖維復合材料數控加工工藝裝備，成為我國航空航天多個重點型號關鍵復合材料構件加工的唯一裝備，實現了從無法加工或手工加工到低損傷數字化加工的跨越。相關成果已在多家企業應用，突破了某新型航天裝備艙段、某飛行器筒段、某系列直升機旋翼、某重型飛機調節板、大型客機機身筒段試驗件、高鐵車身試驗件等關鍵復合材料構件高質高效加工難題，打破了國外封鎖。

上述成果為國家重大工程順利實施提供了技術支撐。

2.1.3第Ⅲ類——超高精度類的高性能零件

超高精度類的高性能零件主要指超高精度的微電子/光電子基片和光學鏡片，長度標準計量器件等。此類零件的加工難點是：如何獲得塑性化(延性域)去除的納米級切深閾值，實現塑性化加工，避免產生微裂紋損傷；如何通過化學物理復合作用，實現新原理的亞納米級材料去除，獲得無損傷超光滑表面；如何實現大口徑高面形精度表面高效加工。此類零件的加工目標是獲得高表面完整性和超高幾何精度。

2.1.3.1 超高精度表面零件磨削加工

材料去除的脆塑轉變機制和損傷控制方法研究的目的是獲得超高精度表面，該科學問題是國際上的研究熱點和難點。單點金剛石納米切深劃擦試驗是研究材料去除機理和損傷控制方法的重要手段。目前基于納米壓痕儀、原子力顯微鏡、微移動平臺的納米深度劃擦法的劃擦速度在μm/s和mm/s量級，這與實際的加工速度m/s量級相差3～6個數量級[11]。

針對此，張振宇等[11-12]提出了單點金剛石納米切深高速磨削劃擦新方法。亞微米曲率半徑金剛石針尖制備工藝流程如下：超精密磨削—粗拋—精拋—聚焦離子束。目前，已研制出單顆金剛石磨粒磨削試驗裝置，以及亞微米曲率半徑金剛石針尖的可設計單顆粒金剛石砂輪，實現了單粒、單點金剛石砂輪納米磨削深度高速劃擦磨削，獲得了深度由0～1 μm連續變化的超長劃痕(長深比>105)，可觀測切深變化時材料的脆性-延性轉變；提出了延性域磨削的判斷依據：塑性切屑+表面/亞表面無微觀裂；發現了系列新現象，即磨削硅片亞表面無晶體損傷、無高壓相，只有非晶層。

基于脆塑轉變機制及損傷控制方法，張振宇等[13]研制了超細金剛石砂輪，提出了機械化學磨削新方法[14]，其損傷層厚度僅為50 nm，與理論仿真結果一致；在主軸進給速度為15 μm/min條件下仍然可以將損傷層厚度控制到50 nm，實現了高效低損傷超精密磨削。

2.1.3.2 大尺寸平面光學元件超精密加工

藍寶石窗口和基片超精密加工面臨的問題是：傳統游離磨粒研磨/拋光加工工藝的加工精度和表面質量不穩定。為此，康仁科等[15]提出了軟磨料機械化學磨削新工藝，并開發了相應裝備。

2.1.3.3 超高精度銅表面的超精密加工

高性能銅表面是目前微納器件、合金薄膜和石墨烯生長的重要襯底，如何獲得超平滑無損傷銅表面是超精密加工領域的研究熱點之一?，F有的電化學拋光技術(ECP)存在如下問題：表面粗糙度Ra為5～8 nm，無整平能力；實現可靠供電和保證電場均勻十分困難。

周平等提出的電致化學拋光(EGCP)技術[16]利用擴散控制反應原理實現了工件表面材料高點優先去除，獲得了超平滑銅表面。EGCP技術的優勢是：表面粗糙度可達Ra1.35 nm，同時具有拋光和整平能力；對工件無導電性要求。

2.2 性能與幾何精度為非線性關系的高性能零件制造

性能與幾何精度為非線性關系的高性能零件的制造特征是：性能、材料和幾何等參數間往往呈復雜的耦合關系,其間的復雜關系建模是實現科學制造的關鍵；定量定域定式的數字化制造；測量加工一體化的制造過程和相應制造裝備；結構、材料、功能一體化。

2.2.1第Ⅳ類——超高性能要求的精密復雜曲面零件

超高性能要求的精密復雜曲面零件主要指性能要求特別高、以性能為第一制造指標的精密零件，如高性能天線罩、火箭共底構件、飛行器氣動彈性縮比風洞模型、精密陀螺半球諧振子和高速轉子等。

類似天線罩、飛機氣動彈性模型等高性能零件，其制造已形成了綜合考慮材料、結構與性能耦合關系，利用幾何特征調整修正性能誤差的制造方法。

2.2.1.1 高性能天線罩的精密制造

高性能天線罩的精密制造采用面向電性能的逐點可控去除的精密修磨新工藝，即根據每個天線罩的實際電性能誤差ΔΦ1，通過精密修磨加工陶瓷天線罩內廓面，逐點調整各點幾何厚度Δh，實現對電性能誤差修正補償，任意區域去除精度可達μm級。目前研發出的幾何和電性能測試、逐點可控精密磨削的成套工藝技術和系列裝備已用于多種產品的研制和批產，電性能計算模型與反求軟件已應用于十多種產品的設計和研制中。

2.2.1.2 飛行器風洞顫振試驗模型

圍繞飛行器顫振模型開展的風洞試驗是飛行器研制過程中的必要環節，顫振模型性能的優劣是決定風洞試驗能否成功的關鍵因素。根據相似理論，顫振試驗模型必須確保幾何外形、多階模態、剛度特征以及質量分布與原機精確相似，是一種典型的具有高性能精度要求的產品，若以幾何精度為目標的金屬制造，往往會導致結構超重(最高可達100%)，頻率最大誤差也大大超出設計要求。

由于復合材料優異的力學性能和可設計性，有學者立足于結構剛度相似性，提出了復合材料顫振模型的設計方法[17-18]，進而針對復合材料顫振模型性能的制造誤差等問題，基于復合材料結構的增材制造特點，提出了顫振模型的基于負偏差控制的模型結構再設計方法和基于局部修正的模型性能誤差修正技術[19-20]，形成了面向復合材料顫振模型性能精確性要求的制造理論[21]。

圖1 顫振模型制造技術流程Fig.1 The technical flow scheme of flutter model

圖2示出了基于局部剛度調整的模型模態誤差反求修正加工方法的基本原理,其中，di、θi分別為貼補區域的鋪層厚度和鋪層角度。

圖2 模型模態誤差的反求修正方法Fig.2 The error-correction method of the modal model

目前，大連理工大學已研制成功一系列飛行器顫振試驗模型，其中包括我國首個全機跨音速顫振模型、某超大展弦比機翼顫振模型等，并相繼成功應用于大型客機、運輸機、高機動飛機、高級教練機、先進無人機及新型飛行器等的風洞試驗。

2.2.2第Ⅴ類——基于跨尺度效應實現高性能的零件/器件/微系統

具有跨尺度微納結構的高性能零件/器件指兼具微和小、微和納跨尺度結構特征類零件，此類零件具有表面導熱、導流、吸光等功能，其研究重點包括：微納去除加工機理、微納沉積加工及微成形、微小及微納器件集成技術、微納器件與系統設計理論、微裝配理論與技術。

2.2.2.1 面向高熱流密度器件散熱的平板微熱管

高熱流密度器件廣泛應用于半導體、激光加工、大功率LED、宇航工程等領域，最高熱流密度可達500 W/cm2，故提高導熱能力是高熱流密度微器件設計與制造中的關鍵問題。平板微熱管可通過相變散熱、工質循環，解決高熱流密度點熱源散熱問題。面向高熱流密度器件散熱的平板微熱管的制造難點是：微熱管體積小、工藝復雜；缺少有效提高工質循環效率的方法；難以實現工質高精度灌注和密封。

為實現工質高效循環，提高熱輸運性能，可采用跨尺度微納集成制造新工藝：制作“貝殼”微結構蓋板，降低表面能；優化吸液芯微溝道結構，提高毛細力；采用納米材料(石墨烯)，選擇性地改性微熱管的吸液芯溝道親水/疏水性能。

2.2.2.2 具有表面宏微跨尺度結構的寬頻天線

寬頻天線是新一代高速飛行器接收電磁波的重要部件，為滿足電氣對稱等高性能要求，需要零件具有復雜曲面表層宏微跨尺度結構特征。超寬頻復合螺旋天線是一類典型的復雜曲面表層宏微跨尺度結構。此類零件的特點是：特征尺寸跨度大(數十μm至數百mm)；立體三維結構，圖案復雜；幾何精度要求高(微米級)；邊緣質量要求高(輪廓度)。

錐臺天線的覆層厚度為10 μm，最小特征尺寸為80 μm，對稱度與尺寸誤差要求小于20 μm。傳統采用光刻-粘接工藝制造錐臺天線，粘接對接誤差達0.5～1 mm，成品率僅10%～20%。

對此，大連理工大學已研究出“宏微組合式”復雜曲面表層宏微跨尺度結構制造新工藝，并獲成功應用。加工出的超寬頻復合螺旋天線零件達到了技術指標要求,產品合格率由10%～20%提升到100%。

2.2.2.3 光導航微納敏感器件的仿生設計與制造

針對智能移動載體和平臺對自主導航技術的需求及現有導航技術的局限,人們對生物復眼偏振導航機理進行了系統研究[22-24]，并對偏振敏感的跨尺度仿生微納結構進行了設計,針對性地開展了單層、多層多方向納米金屬光柵制作及跨尺度集成工藝研究[25-28]，基于所開發的工藝制造出了納米偏振敏感器件[27，29]，并由此研制出了一種新型抗干擾、高精度、小體積、性能穩定的微納仿生偏振導航傳感器原理樣機[28-29]并應用于無人機導航。

2.2.3第Ⅵ類——具有特殊功能或強化表面層的高性能零件

具有特殊功能或強化表面層的高性能零件(以下簡稱“高性能表面覆層零件”)要求具備耐磨損、抗腐蝕、抗疲勞或抗沖擊等復合性能。高性能表面層制造體現了高性能零件性能與幾何參數一體化制造的特點[30-31]。

基于不同表面層的制造工藝原理[31]，此類零件在非平衡的能量與物質輸入條件下的加工制造工藝與加工工藝載荷如圖3所示。

非平衡的能量與物質輸入條件下加工制造工藝與加工工藝載荷

表面覆層力熱化學熱-力熱-化學力-化學L>0化學鍍電鍍熱噴涂感應熔覆、CVD、PVD、堆焊、ESD、熱浸鍍冷噴涂L=0噴丸滾壓感應淬火表面熔凝載能束沖擊強化等離子體刻蝕L<0離子注入離子注滲、滲金屬

圖3高性能表面覆層零件的加工制造工藝
與加工工藝載荷
Fig.3Themanufacturingprocessesandprocessingloadsofhigh-performancesurfacelayerparts

高性能表面覆層零件制造原理的核心是表面完整性的形成機制、評價方法和調控作用，高性能表面覆層零件設計制造的理論體系框架是，以基于知識的方法取代實驗迭代的試錯法，解決高性能制造的加工制造反問題，所涉及的主要科學問題包括：

(1) 面向性能制造的核心問題——加工制造反問題，依據高性能表面覆層零件設計所要求的幾何與結構參數及材料特性，選擇加工制造的方法和條件；

(2)功能性表面的仿生結構、人工復合結構與復合材料等設計理論和表面特性表征原理；

(3)非平衡能量和物質輸入條件下高性能表面覆層零件的制造原理與調控策略；

(4)高性能表面覆層零件檢測與評價的新原理和新方法。

為解決加工制造反問題，需確定加工工藝載荷的物質與能量輸入條件，減控加工工藝的多源耦合約束，構建材料加工載荷的應力場、溫度場和化學位場等多場環境，建立內稟的表面完整性變化關系。高性能表面覆層零件設計制造的理論體系如圖4所示[30]。

圖4 高性能表面覆層零件設計制造的理論體系Fig.4 The framework for the design and manufacturing of high-performance surface layer parts

在高性能表面履層零件設計制造的理論體系框架下，研究者提出面向材料的正則化(material-oriented regularization)方法，求解多源約束的強非線性問題。模型正則化：確定幾何與材料非一致性作用的特征參量；數據正則化：確定特征參量與加工制造工藝參數對應關系(加工過程印記, process signature)。

大連理工大學針對核主泵關鍵零件摩擦副使役要求，依據面向材料正則化方法，發展了耐磨抗沖擊表面涂層的界面強化制造新原理，通過滿足復合性能的表界面完整性參數主動設計，調控耐磨抗沖擊表面覆層非平衡能量和物質輸入條件，構建了涂層超音速噴涂(HVOF)的材料加工載荷的粒子沉積溫度場、應力場和環境氣氛化學位場等多場環境，實現了涂層形貌、相結構、成分等表面完整性參數的精準調控制造，解決了高硬度涂層水介質摩擦磨損條件下涂層表面剝落失效而導致的摩擦副磨損與加劇等問題[32]。同時，強流脈沖離子束(HIPIB)沖擊加工新方法利用高效率熱-力耦合作用的材料加工載荷，實現了微觀幾何+成分梯度強化表面的精準調控制造，保證了硬質合金零部件優異的耐磨性能[33-34]。

上述技術在我國第三代核電裝備自主研制中獲得應用。

面向材料的正則化的高性能表面履層零件設計制造原理，還應用于航天裝備關鍵鈦合金零件，研究者發展了碳納米管高度分散的激光熔覆納米復合涂層制備新方法，解決了鈦合金零件減摩耐磨抗疲勞復合改性的難題?？蓪崿F如下技術指標：具有納米結構且界面冶金結合的激光熔覆鈦基復合涂層，顯微硬度大于1000HV，摩擦因數小于0.2，耐磨性能大大提高。

同樣，針對低溫閥門摩擦副傳統加工方法無法滿足閥門高可靠使役要求的加工制造難題，我國學者提出了摩擦副減摩耐磨抗蝕表面加工新方法。LEI等[35]研發出一種基于單相固溶強化機制的低溫、高效等離子體基低能離子注入表面處理新方法，解決了不銹鋼零件減摩耐磨抗蝕復合改性的難題，可實現如下技術指標：改性層無第二相析出，顯微硬度大于1000HV；配副摩擦因數不大于0.6；通過10萬次摩擦副試件試驗。

2.2.4第Ⅶ類——理想材料零件/器件/構件(材料結構功能一體化零件)

理想材料零件/器件/構件(結構功能一體化零件)是基于數字化逐點增材制造的理念，并與傳統的去除材料制造技術及覆層技術相結合，充分利用功能梯度材料、超材料、細觀周期結構材料等設計理念及其成果，仿照生物結構，使得制造材料、結構和性能達到完美結合的零件。

2.2.4.1 3D打印(增材制造)

3D打印方法可以制造具有復雜內部結構的零件，有效降低結構重量，減少材料浪費。3D打印的零件表面質量和精度較差，這制約了3D打印方法的高端應用。

2.2.4.2 增減材復合制造

增減材復合制造，即增材與減材交替進行，利用去材方式提高結構精度、去除打印缺陷，可有效解決具有復雜內部結構的零件制造問題。

2.2.4.3 層疊式增材制造

綜合利用復合材料、二維周期材料、超材料、二維主動材料及含有跨尺度特征的均質結構等，進行高性能零件的層疊制造。

2.2.4.4 表面及內部材料組織精細可控的高性能零件增材制造

表面及內部材料組織精細可控的高性能零件增材制造可以實現理想材料零件微觀組織、細觀結構以及宏觀幾何與性能的同步精確制造。

3 結語

高性能制造涵蓋的范圍很廣，以保證零件或裝備的性能要求為主要目標，其高性能常常與幾何精度、材料、制造工藝過程等諸多因素密切相關，且呈復雜關系，需要性能與材料、結構、幾何參數的一體化制造，涉及跨尺度、多物理場等條件下的零件尺寸、表面完整性與其性能的關系建模、基于性能的制造過程控制方法，以及面向極限精度制造的新工藝、新方法探索等諸多方面。制造技術作為制造業升級換代的基礎性核心環節，其水平直接體現了一個國家的競爭力。高端裝備零部件的性能已從早期的承載要求擴展到聲、光、電、熱、磁等物理特性要求以及表面脫附、減阻、耐磨抗蝕等功能要求，我國在這些高性能零件的制造理念和工藝技術水平等方面仍有待提高。為了滿足高端裝備的未來發展要求，高性能制造將是我國制造技術領域的重點發展方向之一。

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