北工大陈继民教授开拓加工技术 聚焦神奇之光

北京工业大学就有这样一位不断创新开拓激光加工技术在工业领域开发与综合利用，潜心于激光微细加工和激光三维加工的学者，他就是陈继民教授。

手握神兵，孜孜以求

陈继民读博期间，师从我国著名激光工程专家左铁钏，他开始带着激光这一神兵利器，不断在科研的道路上无怨无悔的探索。加工制造业，尤其是激光加工制造业一直是我国的薄弱环节。此时，陈继民正专注于激光三维智能加工技术这一世界前沿的研究课题，这就意味着他要突破一道道技术难关，度过一个个不眠之夜，强烈的责任心和使命感让他不断努力，永不懈怠。功夫不负有心人，他的研究课题“大功率CO2激光三维智能加工的CAM（即computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）系统”取得了重大技术突破。

激光加工的智能性也体现在三维运动轨迹的智能化和加工过程中工艺的自适应性上，难点集中在以下两个主要方面：首先，大功率CO2激光三维加工采用的飞行光束传输和聚焦过程中受众多因素的影响，最终影响到实际三维加工；其次是激光切割工艺复杂，激光头必须始终垂直被加工对象的表面，这是长期以来困绕激光三维加工离线自动编程的难题，除算法的复杂性，还涉及编程的难度。陈继民通过CAD系统中提取激光加工的三维空间轨迹，给出了一系列三维轨迹的自动生成算法，并优化了动画仿真技术和干涉检查算法，终于突破了三维激光加工自动编程的瓶颈，解决了轨迹数据提取的关键技术。并首次将Hopfield网络引入到加工轨迹的规划中，为智能优化加工顺序规划提供了一条有效的途径。这种智能方法，可以大大缩短加工编程时间，无须用户编程，只要将加工图形的参数输入，系统就能自动生成三维加工轨迹，真正实现了智能加工。为进一步实现加工过程的智能性，陈继民还研究了激光三维切割的工艺特点，通过BP神经网络对试验数据的学习和训练，能够很好地预测切割结果和选择切割参数，由此自动生成的切割工艺子程序，与三维轨迹程序集成起来形成完整的激光三维加工CAM系统，首次实现了当激光入射角不垂直工件表面时仍能进行有效切割的基于数据试验的激光切割工艺的智能系统。

这项科技成果在我国一汽“大红旗”轿车的激光加工中得到了实际应用，取得了令人满意的效果，并得到相关部门的高度肯定。

潜心钻研，厚积薄发

2001年6月陈继民进入北京工业大学机械工程博士后流动站做博士后研究。正如苏轼所言，“博观而约取，厚积而薄发”。他多年在激光加工领域的潜心探索积累了丰富的理论知识和实践基础，他先后承担了多个科研项目，取得众多科技成果，包括中国博士后科学基金资助项目“三维YAG激光加工机器人的离线自动编程系统研究”，作为科研骨干参加了国家自然科学基金重点项目“大功率激光三维制造技术”、973计划项目“激光微技术的基础问题”以及863项目“准分子和三倍频进行MEMS制造”等重要课题，并参加国家自然科学基金重点项目“飞秒激光微加工成型集成技术研究”。获得了北京市科技进步二等奖1项，2005年入选北京市人才工程“中青年骨干教师培养计划”。

陈继民之所以能取得如此骄人的成绩是和他那严谨、求实的科学素养和坚韧、无畏的探索精神分不开的。首先，他善于在实践中发现规律、总结规律，在进行市教委项目“MEMS的三倍频激光三维微成形的研究”中，他系统分析了激光和金属粉末的相互作用规律。通过实验摸清了粉末激光微成形中各种因素对微成形的影响，比如激光波长对微成形产生的影响以及金属粉末在激光作用下呈现出的不同状态。这使得研究切入点被成功地找到，从而确保了项目的顺利完成。其次，陈继民善于将科技成果转化为生产力。他深知，当今的制造加工业越来越追求产品生产的自动化和集成化，那么计算机辅助设计和计算机控制就必不可少。这使得他在进行激光的三维加工和微成形的研究中一直探索相关计算机软件的开发。到目前为止，他主持开发的应用软件中6项获得软件著作权。由于他常年工作在开发、生产的第一线，对用户需求把握的极为清楚，他开发出的软件功能实用，易用性很好。以他开发的激光三维快速成型软件为例，这款软件实现了与主流CAD/CAM软件的无缝连接，它所采用的数据处理算法先进、自适应性强、消耗内存少，并且在数据处理各个阶段都能进行实时监控。另外，这款软件界面友好，易操作，提供用户实用日志，方便系统的跟踪和调试。这些软件的开发和使用，使得我国在激光微加工领域的控制软件国产化方面起到了至关重要的推动作用，由此带来的经济效益和社会效益是不可估量的。第三，陈继民的创新精神是让他勇攀科技高峰的动力。众所周知，只有在原有技术的基础上不断的推陈出新才能够在某一科技领域“永葆青春”。当然，这种创新是在对事物本质规律有了相对清楚认识的基础上才能够实现。这一点在陈继民的科研之路上几乎随处可见，这在他所承担的国家基金项目“微纳粉末颗粒激光组装微烧结功能器件的研究”中体现的尤为明显。在该项目中的原有步骤是用激光将粉末颗粒按照预期设计组装在一起，再利用激光将粉末颗粒微烧结在一起。但在实际开发项目中，陈继民独辟蹊径，提出并开发出了粉末材料激光气化微烧结技术（Laser Vapouring Micro Sintering）。这一技术是将材料去除与材料堆积加成相结合的微成形技术，既不同于传统机械加工一点一点逐渐将材料去除，也不同于粉末一层一层堆积的激光烧结成形，而是既利用激光将粉末材料气化去除，同时又利用激光将粉末颗粒烧结在一起。经过大量试验研究表明，这种微烧结技术可以直接烧结金属粉末形成微小薄壁零件，零件的壁厚只有几十微米，形成几个粉末颗粒组成的薄壁零件。这项技术的应用不但达到项目原有指标，还能够根据设计，方便快捷地制备出所需的功能梯度材料。