第四节 新兴再制造技术

随着电子、信息等高新技术的不断发展，个性化与多样化的市场需求，未来先进制造技术会朝着精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。为了保证再制造产品的性能与质量更好地满足市场需求，越来越多的新技术应用于再制造工程中，从而诞生了许多先进的再制造技术，如虚拟再制造技术、智能自修复技术、柔性再制造技术、网络化再制造技术、快速响应再制造技术和在役再制造技术等。

一、虚拟再制造技术

随着再制造工程和虚拟现实技术的发展，利用计算机构建虚拟的再制造系统模型实现再制造过程，就产生了虚拟再制造技术，它是将虚拟现实技术运用到再制造领域，用以提升再制造工程的技术水平。该技术采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现再制造过程中的虚拟检测、虚拟加工、虚拟维修、虚拟装配、虚拟控制、虚拟实验、虚拟管理等再制造本质过程，以增强对再制造过程各级的决策与控制能力。虚拟再制造在计算机上的仿真强调的是整个再制造产品全生命周期的精确和有效的仿真，通过对再制造产品的仿真，在真实产品实现前，就能对产品的各种性能进行有效评估，通过对再制造过程的仿真，实现产品再制造性能的校验，优化再制造商业流程。

虚拟再制造仿真过程涵盖从废旧产品到达再制造企业后开始，经过拆解、清洗、分类、再制造、检测等步骤，至产品包装后待出售阶段，包括企业内部的全部生产活动的仿真，这项技术需要将原产品设计及再制造产品设计、再制造技术、计算机仿真技术、管理、质检等方面的人员协同起来，构造虚拟再制造平台，对再制造毛坯、再制造产品装配、再制造产品质量检验和再制造生产管理等企业内部的全部生产活动进行仿真，所有仿真过程都在计算机上完成。虚拟再制造也是虚拟管理在再制造领域的一种体现，包含合作再制造的管理理念，主要体现的是企业高效经济运筹、生产组织和管理、企业间合作、质量保障体系等方面的内容。

1. 虚拟再制造

虚拟再制造包括以下三个方面。

（1）虚拟现实

虚拟现实通常是指用头盔显示器和传感器手套等一系列设备构造出的一种计算机硬件环境，在由计算机产生的三维交互环境中，人们通过使用这些设备以自然的方式与计算机交互，获得比较真实的感官反馈和身临其境的感觉。在制造工程领域，虚拟现实技术的直观与交互性弥补了传统设计分析工具的不足，为虚拟制造、虚拟装配、虚拟维修、虚拟再制造提供了有力的支持。虚拟环境，如虚拟概念设计环境、虚拟装配环境、虚拟维修环境、虚拟制造环境等，具有多感知性、沉浸性、交互性、自主性等特征。

（2）虚拟设计技术

虚拟设计技术主要包括建模技术、网络化并行设计技术、工程分析以及设计参数的交互式可视化等，具有沉浸性、设计简便、多信息通道、多交互手段、实时性等特点。

（3）可再制造性评价

可再制造性评价是在给定的设计信息和再制造资源等环境信息的计算机描述下，确定设计特性是否可再制造；如果设计方案可行，则为可再制造，继而确定其可再制造性等级；反之，是不可再制造的。此时要分析是设计的原因还是产品本身的原因，如果是设计原因，则要提出修改方案；否则，就放弃对此产品的再制造设计及后续工作。

2. 虚拟再制造体系

虚拟再制造体系主要包含以下三方面内容。

（1）虚拟再制造理论

虚拟再制造理论基础与体系尚未完全形成，正处于研究的初期阶段。因此，首要的任务是必须搞清虚拟再制造的概念及其理论基础，弄清其研究范畴及内涵，建立理论体系。

（2）虚拟再制造技术

包括虚拟再制造系统信息挖掘技术、虚拟环境下再制造加工建模技术、虚拟环境下系统最优决策技术、虚拟环境与虚拟再制造加工过程技术、虚拟质量控制及检测技术、基于虚拟实现与多媒体的可视化技术、虚拟再制造企业的管理策略与技术等内容。

（3）虚拟再制造应用

虚拟再制造应用总体系如图2-11所示。

虚拟再制造是虚拟现实与计算机仿真技术在再制造工程中的应用体现，是多学科的交叉、多种高新信息技术的复合。虚拟再制造技术与相关学科技术（如实际再制造、虚拟制造、虚拟现实）有着密切的联系，又有其特点。

3. 虚拟再制造的特点

与实际再制造相比，虚拟再制造有以下特点。

（1）虚拟性

虚拟性是指可再制造零部件产品和再制造环境是虚拟模型，在计算机上对虚拟模型进行工艺设计、再制造、测试，甚至设计人员和用户可以“进入”虚拟的再制造环境检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖于传统的原形样机的反复修改，还可以将已加工的再制造产品（部件）存放在计算机内，不但大大节省仓储费用，更能根据用户需求或市场变化快速改型设计，快速投入批量生产，从而能大幅度压缩新产品的开发时间，提高了质量，降低了成本。

（2）高效性

高效性可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产品模型上同时工作、相互交流、信息共享，减少大量的文档生成及传递时间和误差，从而使产品开发快捷、优质、低耗，适应市场需求的变化。

（3）数字化集成性

虚拟再制造系统实际上是一个进行产品再制造性设计与分析评价的数字化集成环境，可以与产品的数字化制造连接在一起。

（4）近似性

虚拟再制造的运行是基于人们对真实物理过程的理解和认识，它是对再制造过程认识的综合演练，其仿真精度不可能高于实物模型的近似程度。

4. 虚拟再制造和虚拟制造的异同

与虚拟制造相比，虚拟再制造和虚拟制造有着明显的异同。

（1）相同点

虚拟再制造和虚拟制造都是计算机技术与虚拟现实技术，虚拟再制造可以借鉴虚拟制造的相关理论和成型技术，都具有真实性（即表达的真实性和表现的真实性）。

（2）不同点

1）虚拟再制造是利用计算机仿真与虚拟现实技术创造的一个虚拟的再制造环境，虚拟的初始对象是废旧产品，是成型的废旧毛坯，其品质具有明显的个体性；针对的是再制造过程，再制造过程较复杂，而且废旧产品数量源具有不确定性，再制造管理难度较大。

2）虚拟制造创造的则是一个虚拟的制造环境，可以实现与产品开发制造有关的工程活动的虚拟和企业组织经营有关的管理活动的虚拟，虚拟的初始对象是原材料，来源稳定，可塑性强，工艺较为稳定，质量相对统一。

3）虚拟再制造技术是虚拟现实技术的一个具体应用。它是利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。

虚拟现实技术是虚拟再制造理论与技术的主要支撑技术之一，是具有巨大潜力和美妙前景的新技术。

二、智能自修复技术

智能自修复技术是指机械零部件在使用过程中能够自行感知环境变化，能够对自身的失效、故障等以一种优化的方式作出响应，不断调整自身的内部结构，通过自生长或原位反应等再生机制实现自愈、修复某些局部破损，最终达到预防和减少故障，实现装备的高效、长寿命、高可靠性的要求，取得提高机械效率、减少能源和材料消耗的效果。

智能自修复技术的研究内容主要有智能仿生自修复控制系统、智能自修复控制理论、装备故障自愈技术和智能自修复技术等。智能自修复材料方面已发现能感知环境和自身变化，对材料腐蚀、劣化有自修复特性的聚合物复合材料，并将类似生物细胞微结构的单元（如微胶囊）融入机械装备的材料设计和制造中，如“一种矿石粉体润滑组合物”（粒度不大于10μm）的修复材料，添加到油品和润滑脂中使用，修复材料的主要成分为蛇纹石及少量的添加剂和催化剂，常用组分包含（质量百分比为50%～80%）蛇纹石化学通式为3MgO·2SiO₂·2H₂O，结晶构造式为Mg₃（Si₂O₅）（OH₄），软玉10%～40%，次石墨1%～40%。修复材料不与油品发生化学反应，不改变油品的黏度和性质，使用中无毒副作用，对环境和人体无害。

金属磨损自修复材料中的微米级粒径颗粒材料以润滑脂作为载体，进入相互摩擦的机械零件中，这些微粒材料在机械零件的摩擦副工作表面中对相互摩擦的机械零件产生超精研磨作用，并通过一系列物理和化学的变化，改变摩擦表面的金属微观结构，形成保护层。

蛇纹石自修复材料在机械零部件摩擦表面发生的物理变化是指，机械零件摩擦副表面超细颗粒在摩擦力的作用下，被进一步碾碎，微粒对金属摩擦表面产生超精研磨作用，造成金属表面微凸体断裂，使机械零件摩擦表面的光洁度进一步提高。

蛇纹石自修复材料在机械零件金属摩擦表面发生的化学变化是自修复材料对金属摩擦表面产生的超精研磨中，微凸体断裂时产生的几百摄氏度的瞬间闪温，使微粒晶体中镁原子与摩擦表面的铁原子发生置换反应，促使抗磨修复材料在催化剂、活化剂作用下发生微烧结、微冶金过程，在铁基金属摩擦表面生成铁基硅酸盐保护层，亦称金属陶瓷层，这一铁基硅酸盐保护层是在金属表面微凸体发生断裂出现闪温时产生的，在非磨损部位上不产生摩擦热，不发生化学置换反应。因而这种铁基硅酸盐保护层的生成有选择性，它只会在相互摩擦的机械零件金属摩擦表面生成一层耐磨的保护层。

机械零件间摩擦面磨损严重时表面凹凸更明显，运动时较多机会产生更高的闪温，磨损产生的微凸体断裂和释放的热能使这种化学置换反应继续进行，抗磨修复材料发生微烧结、微冶金的机会也越多，当其表面生成一层金属陶瓷保护层后，磨损部位的修复使其表面光洁度提高、摩擦系数降低，摩擦产生的热能下降，不能提供形成修复层所需要的高温，化学置换反应也就停止，修复层厚度不再增加。但是当这一耐磨保护层遭到破坏时，金属表面的摩擦热急剧增加，新的置换反应又将开始，使耐磨保护层得到恢复。

未来自修复技术将主要集中在以下三个方面。

1）具有自适应、自补偿、自愈合性能的先进自修复材料制备技术。

2）智能自修复机械系统的结构设计和控制技术。

3）微/纳米动态减摩自修复添加剂技术。

三、柔性再制造技术

柔性再制造是以先进的信息技术、再制造技术和管理技术为基础，通过再制造系统的柔性、可预测性和优化控制，最大限度地减少再制造产品的生产时间、物流时间，提高市场响应能力，保证产品的质量，实现对多品种、小批量、不同退役形式的末端产品进行个性化再制造。

柔性再制造系统因再制造加工对象在服役期间内的工况不同、退役原因不同、失效形式不同、来源数量不确定等，具有以下特点。

1）同时对多种产品进行再制造。

2）通过快速重组现有硬件及软件资源，实现新类型产品的再制造。

3）动态响应不同失效形式的再制造加工。

4）根据市场需求，快速改变再制造方案。

5）具有高度的可扩充性、可重构性、可重新利用性及可兼容性，实现模块化、标准化的生产线，显著提高再制造适应废旧产品种类、失效形式等产品的个性化因素，使再制造产品具有适应消费者个性化需求的能力，从而增强再制造产业的生命力。

典型柔性再制造系统一般由三个子系统组成，分别是再制造加工系统（执行废旧件性能及尺寸恢复等加工工作，把工件从废旧毛坯转变为再制造产品零件的执行系统）、物流系统（实现毛坯件及加工设备的自动供给和装卸，以及完成工序间的自动传送、调运和储存工作）以及控制与管理系统（包括计算机控制系统和系统软件，前者用以处理柔性再制造系统的各种信息，后者用以确保系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作），各子系统的组成框图及功能特征如图2-12所示。三个子系统有机结合构成了一个再制造系统的能量流、物料流和信息流。能量流通过再制造工艺改变工件的形状和尺寸，物料流主要指工件流、刀具流、材料流，而信息流主要针对再制造过程的信息和数据处理。柔性再制造系统实际上是多项技术的复合，如人工智能及智能传感器技术、计算机辅助设计技术、模糊控制技术、人工神经网络技术、机电一体化技术和虚拟现实与多媒体技术，只有解决所涉及技术中的难题，并将各项技术融合一体应用于再制造工程，才能使再制造产品适应消费者个性化需求。

柔性再制造的生产系统，不仅要考虑各单元操作以及功能的完善性，而且还要考虑该单元或模块是否有助于提高整个生产系统的柔性；在改善各单元设备的硬件功能的同时，还要为这些设备配备相应的传感器、监控设备及驱动器，以便能通过决策中心对它们进行有效控制。同时，系统单元间还应具有较好的信息交换能力，实现系统的科学决策。

图2-13所示为再制造工厂内部应用柔性再制造生产系统的框架示意图。由图可知，当废旧零部件产品进入再制造工厂后，首先进入物流系统，并由物流系统向柔性管理决策中心进行报告，并根据柔性管理决策中心的命令，进行仓储或直接进入预处理中心。预处理中心根据决策中心的指令选定预处理方法，并将物流系统运输进入的废旧零部件进行处理，处理结果上报决策中心，同时将处理后的废旧零部件由物流系统运输到仓库或进入再制造加工中心。

再制造加工中心根据决策中心的指令选定相应的再制造方法，并经过对缺损件的具体测量，形成具体生产程序，并上报决策中心。由决策中心确定零部件的自动化再制造方案，然后将恢复后的零部件根据决策中心的指令，由物流系统运输到仓库或装配检测中心。装配检测中心在接收到决策中心的指令后，将物流系统运输进来的零部件进行装配和产品检测，并将检测结果报告给决策中心，然后物流系统将合格成品运出并包装后进行仓储。不合格产品根据决策中心指令重新进入再制造相应环节。最后物流系统根据决策中心指令及时从仓库中提取再制造零部件产品投放到市场。

柔性管理决策中心在整个柔性系统中的作用是中央处理器，不断地接受各单元的信息，并经过分析后向各单元发布决策指令。

四、网络化再制造技术

网络化再制造是指在一定的地域范围内，采用政府调控、产学研相结合的组织模式，在计算机网络（包括因特网和区域网）和数据库的支撑下，动态集成区域内的再制造企业、高校、研究院所及其再制造资源和科技资源，形成一个包括网络化的再制造制造信息系统、网络化的再制造资源系统、虚拟仓库、网络化的再制造产品销售系统、网络化的废旧产品逆向物流系统等分系统和网络化的分级技术支持中心及服务中心，这样一个开放性的现代集成再制造系统。

网络化再制造系统是企业在网络化再制造模式的思想、相关理论和方法的指导下，在网络化再制造集成平台和软件工具的支持下，结合企业具体的业务需求，实施的基于网络的再制造系统。网络化再制造既包括传统的再制造车间生产，也包括再制造企业的其他业务。根据企业的不同需求和应用范围，网络化再制造系统包括网络化再制造产品定制系统、网络化废旧产品逆向物流系统、网络化协同再制造系统、网络化再制造产品营销系统、网络化再制造资源共享系统、网络化再制造管理系统、网络化设备监控系统、网络化售后服务系统和网络化采购系统等。

网络化再制造系统的基本特征可以概括为以下六点。

1）基于网络技术的先进再制造模式。

2）覆盖了再制造企业生产经营的所有活动。

3）以快速响应市场为实施的主要目标之一。

4）突破地域限制。

5）强调企业间的协作与全社会范围内的资源共享。

6）具有多种形态和功能系统。

网络化再制造涉及的技术分为以下四个。

1）总体技术。总体技术主要是指从系统的角度，研究网络化再制造系统的结构、组织与运行等方面的技术。

2）基础技术。基础技术是指网络化再制造中应用的共性与基础性技术。

3）集成技术。集成技术是指网络化再制造系统设计、开发与实施中需要的系统集成与控制技术。

4）应用实施技术。应用实施技术是支持网络化制造系统应用的技术。

实施网络化再制造是为适应当前全球化经济发展、行业经济发展和快速响应市场需求、提高再制造企业竞争力的需求，而采用的一种先进管理与生产模式，是实施敏捷再制造和动态联盟的需要，企业为了自身发展而采取的加强合作、参与竞争、开拓市场、降低成本和实现定制化再制造生产的需要。

网络化再制造是适应网络经济和知识经济的先进再制造生产模式，其研究和应用，对促进再制造产业的发展，特别是中小再制造企业的发展具有非常重要的意义。网络化再制造的理论、方法和系统都还处于初步发展阶段，迫切需要加大网络化再制造体系及技术研究力度，并选择实施基础好的企业开展网络化再制造的示范应用，在取得经验的基础上推广和普及网络化再制造生产模式。

五、快速响应再制造技术

21世纪，消费者的行为将更加具有选择性，“客户化，小批量和快速交货”的要求不断增加，产品的个性化和多样化将在市场竞争中发挥越来越大的作用，传统的以恢复产品性能为基础的维修、再制造生产方式，必将无法满足快速发展的市场需求。因此，开展快速响应再制造技术的研究与应用具有十分重要的意义。

快速响应再制造技术是指对市场现有需求和潜在需求作出快速响应的再制造集成技术，它是将信息技术、快速再制造成形技术、虚拟再制造技术和管理科学等学科和技术集成，充分利用因特网和再制造企业资源，采用新的再制造设计理论和再制造工艺、新的管理思想和企业组织架构，将再制造产品市场、废旧产品的再制造设计和再制造生产有机地结合起来，以便快速、经济地响应市场对产品个性化的需求。再制造业的价值体现在面向产品和顾客，而快速响应再制造技术和快速再制造系统就是针对客户化生产而提出的。

快速响应再制造，可以充分利用产品的附加值，在短期内批量提高服役产品的功能水平，使产品迅速适应不同环境要求，延长产品的服役寿命。另外，快速响应再制造还可以对特殊条件下的产品进行快速的评价和再制造，实现恢复产品的全部或部分功能，保持产品的服役性能。

快速响应再制造可以对不同产品进行快速再制造，其主要功能如下。

1）可以实现正常服役时期的产品保持性能的不断更新，延长产品的服役寿命。

2）在特殊环境应用前，通过批量的快速响应再制造，使产品可以在短期内适应特殊环境的要求，实现产品故障维修的快速保障。

3）对损伤产品应用快速响应再制造系统，进行快速的诊断和应急再制造，恢复产品的全部或部分功能，保持产品的性能。

快速响应再制造过程中，为保证更好地实现再制造产品的快速诊断、应急制造、寿命延长和性能恢复等目的，需要多技术协同工作，主要涉及以下五个方面。

1. 快速再制造设计技术

快速再制造设计技术主要针对用户或市场需求，以信息化为基础，通过并行设计、协同设计、虚拟设计等手段，科学地进行再制造方案、再制造资源、再制造工艺及再制造产品质量的总体设计，以满足客户或使用环境对再制造产品先进性、个体性的需求。

2. 快速再制造成形技术

快速再制造成形技术主要是基于离散-堆积成形原理，利用快速反求、高速电弧喷涂、微弧等离子、MIG-MAG堆焊或激光快速成形等技术，针对损伤零件的材料性能要求，采用实现材料单元的定点堆积，自下而上组成全新零件或对零件缺损部位进行堆积修复，快速恢复损伤零部件的表面尺寸及性能的一种再制造生产方法。

3. 快速再制造升级技术

快速再制造升级技术主要针对废旧零部件利用以信息化技术为特点的高新技术，通过模块替换、结构改造、性能优化等综合手段，实现产品在性能或功能信息化程度上的提升，满足用户的更高需求。

4. 可重组再制造系统

可重组再制造系统指能适应市场需求变化，基于可利用的现有的或可获得的新再制造设备和其他组元，按系统规划要求，以重排、重复利用、革新组元或子系统的方式，快速调整再制造过程、再制造功能和再制造生产能力的自适应新型可变再制造系统，该系统具有可变性、可集成性、订货化、模块化、可诊断性、经济性和敏捷性等特点。

5. 客户化生产方式

客户化生产方式主要包括模块化再制造设计、再制造拆解与清洗、再制造工艺编程、再制造、装配，以及客户生产的组织管理方式和资源的重组、多样化零部件再制造设计、再制造商与客户的信息交流等。

六、在役再制造技术

在役再制造是以设备健康能效监测诊断理论为指导，以提升机电设备健康能效和智能化水平为目标，以再制造后的设备更适应生产需求，设备运行高效、节能、可靠为准则，以绿色制造、可靠性管理、故障预测与健康管理、故障自愈化等先进技术为再设计手段，进行在役机电设备改造的一系列技术措施或工程活动的总称。针对运行可靠性差、效率低、智能化低、自适应调控性较差的机电设备进行健康能效监测和诊断，有的放矢地进行个性化再设计，使设备与过程比原设计更匹配并提升绿色化和智能化水平，是在役再制造的显著特征。

在役再制造在设备全生命周期中的位置如图2-14所示。与传统实施的再制造有区别，传统实施的再制造针对的主要是退役、老旧、报废的装备，强调对废旧资源的循环再利用；而在役再制造主要针对性能退化、技术相对落后或不能满足当前加工要求的在役装备，强调面向绿色化、智能化、服务化以及质量提升的工业转型，提高在役装备的性能水平及可靠性。

下面对传统再制造和在役再制造进行比较。

1. 适用对象

再制造适用对象为废旧产品或有剩余寿命的废旧零部件；研究对象主要针对废旧汽车、工程机械、机床、轨道车辆、电机和内燃机等。

在役再制造针对运行可靠性差、运行效率低、与生产过程不匹配且自适应调控性差，以及传统维修无法从根本上改善上述性能的在役机电设备。

2. 工程目标

再制造以实现废旧机电设备性能提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则。

在役再制造以提升机电设备健康能效和本质安全、可靠、智能化为目标，以再制造后的机电设备更适应生产需求，设备运行更有效、更节能、更可靠为准则。

3. 设计基础

再制造以设备再制造毛坯（典型零部件）剩余寿命评估预测方法和理论、设备再制造循环寿命周期理论、设备再制造性和表面工程等为理论基础；工程设计基础以废旧产品的全寿命周期理论为指导，再制造性评价、失效分析和寿命预测为核心；废旧产品的再制造性评价是实施再制造的前提。

在役再制造以绿色制造、可靠性管理、故障预测与健康管理、故障诊断与自愈化为理论基础，以监测诊断、对标分析、在役再制造性评价和个性化再设计等技术为核心。在役再制造性评价是实施在役再制造的前提。

4. 生命周期

再制造关注机电设备或零部件报废阶段，可再制造性设计、主动再制造设计为发展趋势，其生命周期为设计—制造—使用（运行、维修）—报废—再生。

在役再制造同时关注机电设备在役阶段和报废阶段，其生命周期为设计—制造—使用（运行、维修）—监测诊断/再设计提升性能使用—报废—再生。

5. 工程价值

再制造后的产品质量和性能不低于新品，有些还超过新品，成本只是新品的50%，同时节能60%，节材70%。

在役再制造机电设备与工艺过程比原设计更匹配、更高效、更可靠，其绿色和智能化水平显著提升，运行成本明显降低。

机电设备在役再制造性的评价因素主要有技术性、经济性、环境性、资源性、服役性和整体性等，其中技术性评价有状态可感知性、故障可探测性、自适应调控性、性能升级性、技术有效性等评价子要素；经济性评价有改造成本、预期效益、投入/产出、无故障运行时间等评价子要素；环境性评价有固体废物量、气体废物量、液体废物量、废物易回收处理性等评价子要素；资源性评价有能源节约性、资源节约性、稀缺资源性等评价子要素；服役性评价有可靠性、可用性、可维修性、安全性和服役年限等评价子要素；整体性评价主要从设备与过程匹配性方面进行评价。

七、增材再制造技术

增材再制造技术是利用增材制造技术对废旧机电产品进行增材修复的工艺过程。具体来说，就是通过对缺损零部件进行反求建模、成型分层、路径规划，并采用智能控制软件和适当的激光、电弧、等离子等载能束增材工艺逐层堆积，最终实现损伤零件的尺寸恢复与性能提升。

美国军队一直是增材制造技术应用的先行者，也是目前世界上最大的再制造受益者。Amero Met公司早在2000年就采用激光成型增材制造技术对军用直升机上破损的钛合金构件进行再制造修复。通用电气公司在新加坡建立的航空发动机叶片维修工厂，每年用激光熔覆增材制造技术修复的航空发动机叶片高达上万个，由此带来的经济效益相当可观。

虽然增材制造技术在中国起步较晚，但增材制造技术在装备零部件维修保障上的优势一开始就受到各方面的重视。目前国内在装备零部件增材再制造修复的研究与应用上已经取得了一系列成就，包括中科院沈阳自动化研究所快速成型实验室、海军航空工程学院青岛分院、装甲兵学院、西北工业大学、合肥工业大学、中航重机及南风股份等机构和企业，都在进行增材再制造相关技术研究和应用工作。

与增材制造技术相比较，增材再制造技术具有以下独有特征。

1）增材再制造过程首先要对损伤零件进行反求建模获得缺损零件模型，再经离散降维、逐点制造来实现零件缺损部位的堆积成型。

2）增材再制造对象种类繁多、材质各异，多数情况下所用的修复材料与零件本体材质不同，这种异质成型修复的界面行为与组织形成是远离平衡态的过程，具有明显的难匹配性和非均匀性特征。

3）面向高端、在役装备的增材再制造往往是在现场条件下进行的，存在能源、材料、时效、装配特征等多位约束；而增材制造是在工厂条件下进行的，所受约束较少，因此增材修复成型过程更具挑战性，对智能控制精度和稳定性提出了更高要求。

围绕上述特征，增材再制造技术主攻方向及技术路线包括以下四个方面。

1.现场多约束条件下增材再制造反演设计与评价

增材再制造是以废旧产品作为生产毛坯，所以其过程设计步骤通常是：根据零件的使役性能要求进行失效机理分析，推演出增材再制造零件应具有的理化力学特性，进而判断出待增材修复部位应具有的组织结构和材料成分，并选用合适的载能束加工工艺。由于废旧零件数量、质量以及损伤模式的多样性，增材再制造需要较高的工艺柔性，需要根据零件的失效形式、服役环境、材料性能等情况来进行工艺的适时调整。未来增材再制造技术应建立涵盖可修复性和再制造性定量评价、修复材料/工艺/装备选择与实施、无损伤评价与寿命预测的全流程现场增材修复与再制造评价体系。

2.在役装备损伤区域高适应性快速三围建模及路径规划

在役装备损伤零件进行增材再制造的过程中，准确、快速、完备地实现损伤零件高适应性快速三维建模及路径规划是进行零件增材再制造的重要基础。为满足在役装备现场增材再制造对三维模型数据精度和数据处理效率的需求，未来应重点研究损伤零件现场多模式复合三维测量、损伤模型高效重构及坐标融合、成型策略优选及适应性分析、数模分层及路径规划等关键技术。

3.面向载能束增材再制造的集约化合金设计与制备

综合考虑损伤零件快速修复的时效性与经济性能因素，工程实际中很难保证在损伤零件增材再制造过程中实现增材再制造材料与损伤零件材料的完全同质匹配。由此，需基于材料的相容性和移植材料的交互作用规律，开展增材再制造材料集约化设计与制备的研究，以少数广谱集约化材料对不同材质的损伤零件进行增材再制造。

4.在役装备现场增材再制造形性调控关键技术

增材再制造技术采用载能束工艺实现损伤部位异质材料的逐层堆积，造成了增材再制造熔覆层与零件基体由二元多元异质材料体系组成，使得二者之间存在明显的界面问题。与使用同质材料的增材制造相比，具有明显的难匹配性和非均匀性特征，且零件损伤表面往往为不规则表面，材料难以按轨迹准确沉积、按位置定量熔化。由此，在役装备现场增材再制造对形性向协同调控提出了更高要求，应重点研究加强修复材料与损伤结构的工艺相容性，载能束与损伤结构、修复材料交互作用及热质传输行为，异质材料表/界面行为及其内部冶金缺陷的形成机理及控制方法，现场修复再制造内应力演化规律及变形开裂预防技术，现场增材修复再制造组织性能调控方法等，解决在役装备现场增材再制造形性控制的工艺稳定性难题。