创新驱动的工业化和信息化的高度融合是制造业未来的发展趋势,3D打印(增材制造)作为未来工业4.0的核心技术之一,得到了全世界的普遍关注,已在航空航天、生物医疗、能源动力、电子机械等领域获得了广泛应用。尽管金属材料的3D打印获得了广泛研究,然而智能化的金属材料3D打印仍处于起步阶段,依然存在打印工件控形控性的重大挑战。针对上述挑战,湖南大学智能激光制造湖南省重点实验室在此领域开展了一系列工作,包括3D打印路径规划、建模、智能监测控制、装备研发和应用方面的研究,力图推动金属材料的智能3D打印。一、路径规划。3D打印切片、路径规划和加工方式对3D打印的成形精度、成形质量和时间成本具有重要影响。采用蚁群算法优化几何布局,采用姿态和位置特征,开展五轴平滑运动轨迹的3D打印研究,可实现高精度、高质量和低时间成本的3D打印。二、激光与物质相互作用建模。金属材料3D打印的快速凝固对材料的组织性能影响至关重要。采用介观传递现象模型模拟熔池动态凝固行为,采用微观相场法模拟支晶生长行为,研究3D打印热力行为对组织性能的影响机理。三、智能监测控制。3D打印过程信息的获取与解析是实现智能3D打印的基础。通过采集机器视觉、等离子体、温度场等加工信息,采用图像处理、人工智能和深度学习等方法解析加工数据,设计闭环控制并研发新型工艺调控策略,推动智能3D打印的发展。四、装备研发。采用上述关键技术,湖南大学自主研发了机器人智能3D金属打印系统,联合大族激光开发了五轴五联动金属3D打印装备和五轴五联动增减材制造装备,可满足柔性化、定制化、跨尺度和高精度的金属材料3D打印。五、3D打印的应用。采用湖南大学开发的技术与装备,开展了轴流风机叶片、复杂燃料容器、耐磨模具的修复等应用工作,寻求3D打印在生产实践中的应用。