中科院宁波大艾激光科技有限公司
致力极端工艺开发 助力中国制造腾飞
（转自《北仑新区时刊》 记者 周亚琼）
近日，记者在位于小港街道的宁波大艾激光科技有限公司（下简称“大艾激光”）里，见到了一套“特别”的装备，用这套装备，可以加工出能够应用在飞机发动机、重载燃气轮机热端部件的复杂气膜冷却异型孔。这种类型的异型孔国内目前仅大艾激光可以加工。由该公司自主研发的这套名为五轴联动激光三维加工系统（CNC)的装备填补了国内空白。
大艾激光是依托中国科学院宁波材料所激光与智能能量场制造团队，由、中科院宁波材料所“旗舰人才”、高级研究员、先进制造所副所长张文武博士等人于2015年注册成立，2016年3月挂牌运营。公司聚焦智能化高端激光加工装备的研制和销售、激光加工工艺的开发与服务，旨在为难加工材料的加工及高端零部件制造提供更好的解决方案。
2016年9月21日下午，国务院副总理马凯、工信部部长苗圩、国资委主任肖亚庆、发改委副主任林念修等一行，前来中科院宁波工研院调研，对张文武领导的团队所研发的科研成果给予了高度赞扬和勉励，这让大艾激光上下对公司未来的发展充满了信心。
研发装备和加工工艺
使国产飞机发动机气膜冷却技术大幅提升 公司创始人之一张文武本科毕业于中国科学技术大学精密机械精密仪器专业，后进入航天部一院十三所攻读研究生，1988年前往美国哥伦比亚大学攻读机械专业博士学位，毕业后进入知名的美国通用公司（GE）全球研发中心工作，从一名普通的工程师成长为带领科研团队进行核心技术攻关的高端科技型人才。
2012年，他被中科院宁波工研院（所）以最高层次人才计划“旗舰人才”引进，建立了国内也是国际上首个“激光与智能能量场制造”官方团队，探索适应中国国情的前瞻性工程方法和工具。在张博士看来，航空航天等前沿科技领域有众多难加工材料，如单晶高温合金、特种复合材料等，必须经过高精密、低损伤加工才能实现极端环境下的极端性能。其所带领的团队目前的主攻方向是航空发动机领域的特种加工，目前为止已经打通了复杂异型孔从设计到仿真，到激光精密三维加工的技术链条，建立了复杂曲面三维激光加工通用技术平台，并成功在3d结构上加工出了一系列气膜孔。
据了解，由于现代飞机发动机的最高工作温度一般超过高温合金熔点温度300—500度，所以发动机涡轮叶片和燃烧室要保障结构的长期工作稳定性，就必须使用热障陶瓷涂层（TBC),还必须使用气膜冷却以隔离热流，形成充分的温度梯度。气膜冷却需要通过气膜孔来实现。复杂异型孔的冷却效率是直孔的两倍，等效保护面积是直孔的十倍以上，前者的加工要比后者困难很多。国外从1985年开始就已经在使用异型孔，我国尚未使用。不使用复杂异型孔，国产飞机发动机的中外代差就无法缩小。在飞机国产化的比率越来越高的背景下，张文武希望通过团队的努力，生产相关先进装备、改进工艺，最终使复杂异型孔应用到国产航空发动机上。
在大艾激光的实验室里，记者看到，一张复合材料板上，一面排列着一个个非常细小的孔，用放大镜看，可以看到所有小孔排列整齐，而另一面的小孔外形则十分特别，看上去像“猫耳朵”一样的开槽，排列同样井然有序，这就是复杂异型孔。据介绍，有了复杂异型孔，高速气流从针孔状的一面吹入，另一面出来的气流因为气孔的形状可以形成一层“气膜”，这将成为航空发动机耐高温的“金钟罩”。
由大艾激光自主研发的“五轴联动激光三维加工系统”目前已经具备加工能力，除能够加工用于飞机发动机等的复杂异型孔外，该系统也是一种通用性很强的激光加工设备，可以应用到模具制造、医疗机械加工、型腔制造、喷油嘴打孔等民用领域。为使复杂异型孔早日应用到国产航天发动机上，张文武及其团队正不懈努力。
目前，国内已经有多家航天、军工领域的企业、院所委托大艾激光进行特定工件的加工，而在此之前，这些企业很难在国内找到能够提供相应精密加工技术服务的企业。
达到国际先进水平
两项激光加工技术将产业化
激光冲击强化（LSP）是一种先进激光表面处理技术，可以有效提高金属部件的疲劳寿命、耐磨损和抗腐蚀能力等，与其他表面强化技术相比，LSP具有无热影响、可控性强以及强化效果显著等突出优点。美国、欧洲军用发动机叶片普遍采用LSP处理，疲劳寿命相对未处理工件提高5-7倍，我国亟待将该技术进行产业化应用。
张文武领导的激光与智能能量场制造团队在传统的激光冲击强化工艺基础上，发明了随动性激光冲击强化技术，技术水平在国际上处于先进水平。该技术解决了传统LSP技术上的一系列局限，通过创新工艺，实现了不需要铺设保护层，免除前后处理的随动型LSP,处理速度也提高了10倍以上;通过同轴送水，消除了边沿效应和工艺不可靠问题；通过谐振腔，实现更高效率的冲击能量耦合，降低了对激光器的要求。目前该公司已推出第一代产品样机，其性能及工艺可靠且稳定，可对铝合金、磨具钢、镍基高温合金、镁合金、钛合金、磁性材料等众多材料进行表面强化处理，如铝合金材料处理前后硬度提高了30%以上，拉伸强度提高20%以上，耐磨性提高50%，耐腐蚀性提高3倍以上。
大艾激光总经理张文平告诉记者，该加工技术的开发初衷是为了提升国产飞机发动机叶片的使用寿命，但同时这一技术的应用领域十分广泛，未来在工业制造领域也有望获得应用，以提升装备技术水平和产品性能。
此外，由张文武带领团队设计的水助激光加工技术，目前在国际上也处于先进水平。该技术打破了传统干式激光加工的局限性，可以大大缩小或免除激光加工产生的热影响，突破深度极限，这也为国产航空发动机单晶材料的孔加工提供了国际领先的解决方案。目前该项技术也已经进入落地转化阶段。
更加环保和高效
自主研发的激光清洗设备即将投入市场
激光清洗是采用高能激光束照射在工件表面，使工件表面的污物，锈斑或涂层发生瞬间蒸发和剥离，从而达到表面洁净化。该技术为非接触式清洗，对基体材料不会产生机械、热损伤，能够清除各种材料表面的各种类型的污染物，包括油漆、油污、锈迹等，同时该技术清洁无污染，是一种绿色清洁技术。
据了解，传统的清洗方法主要包括机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等，一般为接触式清洗，有可能损伤对象物的表面或者清洗的介质附着于被清洗物的表面，无法去除，而从产生二次污染。
大艾激光大尺度、超高速激光表面处理系统目前已经研发成功。据介绍，该设备激光通过光纤传输，与大行程七轴机器人配合，可实现大尺度（3米x6米x2米）、复杂表面结构工件的表面清洗。
值得一提的是，除了大型的激光清洗设备，为满足目标客户多样化的需求，大艾激光还研发了一款容易随身携带，可手持清洗工件的激光清洗设备。记者在企业位于二楼的实验室里看到，技术人员正在测试设备，只见他手持一把外形类似激光枪的设备，激光束在生锈的工件表面缓缓移动，铁锈就这样被清理干净了。
张文平告诉记者，该公司的激光清洗设备和相关技术服务目前主要面向宁波市场，应用行业领域十分广泛，一般工业企业都会有需求，目前企业也找了相关的合作方，打算进行市场“试水”，第一步重心将放在焊缝及模具的除锈。
“希望尽快将实验室里的高科技技术推广到真正有需要的企业里去，助力中国制造加快发展。”