实验室简介

实验室于 2026 年 1 月由北京市科委和认定成立。实验室围绕高性能金属构件增材制造的关键技术，以低应力、智能化金属增材制造技术为核心，推动金属增材制造在航空航天、能源装备以及医疗器械等领域的产业化应用。重点攻克材料成分智能优化方法，增材制造过程高保真模拟仿真、在线智能监测与自主决策，低应力金属增材制造新工艺 / 新技术，自主化金属增材制造核心部件和大尺寸装备等低应力智能化金属增材制造技术与装备技术体系，形成“基础研究 - 技术开发 - 产品孵化 - 市场应用”的全链条创新体系，服务国家制造业升级战略。

清华大学机械系和材料学院作为实验室的学术引领和技术支撑主体，主要承担基础理论与前沿技术研究，开展金属增材制造过程中的低应力成形机理、多物理场耦合仿真、智能工艺优化等基础研究，研发面向应用的增材制造新材料（如超高强度钢、难熔金属合金等）及其评价方法等；北京清研智束科技有限公司作为实验室共建单位主要承担技术工程化开发与产业应用的装备研发，攻克金属增材制造装备核心部件的自主化与性能提升，将技术成果，转化为低应力金属增材制造装备和生产服务。

实验室组织结构

首届实验室主任由林峰教授担任，副主任史清宇教授、巩前明研究员、常保华副教授和刘利总经理。实验室下设六个分室：

1. 材料智能设计分室（分室主任：巩前明研究员）

2. 成形过程建模与应力场模拟分室（分室主任：赵海燕教授）

3. 在线智能监测与质量控制分室（分室主任：常保华副教授）

4. 低应力熔化沉积增材制造分室（分室主任：林峰教授）

5. 轻金属固相增材制造分室（分室主任：史清宇教授）

6. 大尺寸高效增材制造核心部件与装备（分室主任：刘利总经理）

学术委员会由来自航空、航天、兵器、材料等领域金属增材制造的 13 位权威专家组织。首届学术委员会主任由北京航空航天大学王华明院士担任，中科院工程热物理所杜宝瑞研究员和清华大学机械工程系主任周明教授担任副主任。

实验室研究方向

针对金属增材制造技术存在残余应力大、制件难以控制、材料性能受限等问题。实验室重点开展低应力高效金属增材制造共性基础研究、技术创新和应用等方面的研发。包括：

智能材料设计：面向核电、航天航空等特殊服役环境的应用需求，基于人工智能及多尺度计算，研究以服役条件为导向的逆向设计材料组成、微观组织及异质结构，并开发相应增材制造工艺，建立以应用场景为导向的逆向智能材料设计及适配工艺开发研究范式，研发出可用于核电、航天等领域的新型难熔金属、高强钢及轻质合金等金属材料。

多尺度工艺建模：围绕金属增材制造成形过程机制复杂、影响因素众多等问题，研究能量束与粉末相互作用机制，建立增材制造成形过程的传热、传质和组织演化的多物理场模型，以及多尺度、多方法的集成仿真平台，突破金属增材制造工艺过程和组织形成与演变的高效高保真模拟，为材料组织性能调控、过程智能控制提供理论和基础模型。

成形过程智能监控：围绕大型金属构件增材制造成形过程持续时间长、变化速度快等特点，研发基于光学 / 红外图像及背散射 / 二次电子信号多信息融合的在线监测技术及工艺智能监测等关键技术，突破对粉末床熔融、定向能量沉积、搅拌摩擦增材制造等金属增材制造工艺状态的自动识别与在线测量，构建金属增材制造成形过程的数字孪生。

成形应力控制：针对电子束粉末床熔融和液浮粉末床熔融等新型低应力金属增材制造，研究粉末床预热和液浮粉末床温度调控技术，建立熔池凝固过程及制件组织与应力演变规律模型，研发电子束粉末床同步预热和液浮粉末床原位热处理等关键技术，突破易热裂难焊高温合金大尺寸构件的无裂纹增材制造和大尺寸钛合金航天复杂构件的小变形增材制造难题。

增材技术创新：围绕铝 / 镁等轻合金材料传统高能束熔化增材时易开裂、缺陷多、性能差、不安全等难题，研究基于“非熔化”过程的搅拌摩擦固相增材制造新技术，研发大功率搅拌摩擦增材打印头及大尺寸搅拌摩擦增材制造装备，突破增材制造高性能铝 / 镁合金的技术瓶颈，解决应力变形 / 开裂控制难题，实现大尺寸高性能轻合金低应力固相增材制造。

核心部件与装备突破：针对国产电子枪稳定性及电子束增材制造成形尺寸不足等问题，研究超高压高精度扫描电子枪和多电子枪阵列协调控制技术，研发大尺寸（单向尺寸≥ 1.5 m）电子束粉末床增材制造装备，突破大尺寸钛合金航空、航天构件的高效、小变形粉末床熔融增材制造难题。

实验室取得的科研成果