在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项的支持下，中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司（以下简称“沈阳黎明”）主要开展了以下面向航空领域的课题研究：

1. 超快激光表面微纳制造。为实现航空发动机压气机叶片的减阻，依托中科院西安光学精密机械研究所（以下简称“西安光机所”）牵头申报的“微纳结构激光跨尺度制造工艺与装备”课题，沈阳黎明开展了超快激光在压气机叶片上微纳加工技术的研究，实现了叶片减阻，满足了设计要求。同时，跟踪超快激光微纳加工技术的发展趋势，为新机研制积累了试验数据，并做好了相关技术储备。

2. 带涂层高涡叶片气膜孔超快激光加工技术。针对发动机带陶瓷涂层叶片，沈阳黎明联合中国航空制造技术研究院，组成攻关团队开展研究。根据目前的研究进展，预计“十三五”末将实现涡轮叶片气膜孔的加工，技术成熟度将提升至7级，形成批量生产能力。

3. 新材料新结构超快激光微孔加工预研技术。针对航空发动机新一代战机使用的新材料，沈阳黎明开展了超快激光加工技术研究，为设计提供了必要的技术支持和试验数据。预计“十三五”末，将完成零件的加工验证。

基于课题成果的多种领先激光加工设备

针对航发发动机典型材料，沈阳黎明开展了超快激光表面完整性工艺研究，并在典型零件上进行了加工验证；突破了小功率微孔加工质量优化技术、大功率微孔加工质量优化技术、涡轮叶片气膜孔加工过程中对壁防护技术以及孔边倒圆技术，并已率先用于燃烧室喷嘴类零件的加工中，避免了传统加工工艺带来的孔型差、重熔层和毛刺等加工缺陷，解决了流量及方向性不能满足设计要求的问题。

利用课题研究成果，系列化的超快激光精密微加工装备相继被开发出来，且多项关键技术指标优于国外同类先进成熟装备或与之持平，见表1.

表1 典型装备国内外水平对比

利用课题研究成果，开发出国内首台复合五轴激光加工装备。该装备充分融合了高精密加工与飞秒激光微细加工这两种加工方式的优点，克服了传统加工中心无法实现超精密微织构加工的难题，解决了零件二次装夹导致的加工位置误差及制造精度差等问题，可满足多种材料的激光切割、刻蚀及微孔加工。

复合五轴激光加工装备

利用课题研究成果，开发出国内最大行程的激光六轴五联动（2轴光束扫描+3轴运动平台）高效高精度刻蚀装备（8m×7m×5m），可用于表面光洁度好、边缘整齐的大幅曲面图形的无缝拼接刻蚀（精度±5μm）

大行程激光刻蚀装备

目前，主机研制单位相继开发的多台航空类超快激光加工设备，已陆续交付中国航发动力股份有限公司、中国航发贵州航空发动机有限公司、西北工业大学、中国航发北京航空材料研究院等单位，主要用于航空零部件的微孔加工工艺验证，并形成了应用于航天、电子和医疗等领域的多系列超快激光设备。

借助于超快激光设备的研制，开展了典型材料表面完整性工艺的研究，掌握了超快激光加工技术，并在航空发动机典型关键零部件上进行了初步应用验证，具体情况如下：

1. 燃烧室喷油杆类零件的微孔加工：解决了目前电火花加工后流量和方向性不能满足设计要求的技术瓶颈，加工质量和加工效率大幅提升。

2. 涡轮发动机工作叶片气膜孔加工：尝试在两型机叶片上进行超快激光气膜孔加工。通过加工验证，掌握了叶片6点定位关键技术，确保了气膜孔的加工位置度满足设计要求，同时还解决了对壁保护技术难题（主动防护、被动防护技术），与电火花打孔相比，加工质量和叶片的疲劳寿命大幅提升。

3. CMC-SIC陶瓷复合材料微孔加工：针对CMC-SIC陶瓷基复合材料，开发了超快激光微孔加工工艺，解决了目前CMC-SIC陶瓷基复合材料加工的技术瓶颈，实现了0.3～1.7mm的孔径加工范围，孔径几何精度达到设计要求，金相检测表明，无氧化层、无崩边以及无层间撕裂。

超快激光设备示范应用基地建设

基于课题相关技术的开发及相关资金的支持，沈阳黎明搭建了用于超快激光示范应用的超净室。目前，超净室拥有2台皮秒激光设备、一台飞秒激光设备，并配备了光束质量分析仪、功率计、基准标刻系统、热像测温仪、高速摄影机和微孔专用孔径测量仪等多台高精尖检测仪器，完善了检测试验环境，增强了新开发产品各项指标的检测能力，初步形成了超快激光设备示范应用基地。

通过课题实施、技术研发积累以及在产品性能和可靠性测试中取得的经验，沈阳黎明形成了典型零件的超快激光加工方法并编制了相关技术标准。本着先易后难的思路，首先形成了喷油杆类零件的微孔加工能力，并逐步扩展到涡轮叶片气膜孔的加工领域。预计“十三五”末，可形成小批量生产能力。

基于课题成果的产业化，为“中国心”提供重要支撑

通过“人才+技术+资本+服务”的科技成果转化模式，西安光机所孵化出2家公司：

1. 西安中科微精光子制造科技有限公司，致力于高端激光超精细微加工装备的研发、生产、销售及代加工服务，是国内光子极端制造装备的先导，现已销售设备20余台，应用于航空、航天、电子、汽车和科研等领域。

2. 北京卓镭激光技术有限公司，集激光器的研发、设计、生产和销售于一体，相关产品已广泛用于工业、科研和医疗美容等领域，用于精密微加工的工业及高功率皮秒激光器达到国内顶尖水平。

作为课题牵头单位，西安光机所带动了国内相关产业的全面发展，成为激光微细加工行业的国内领军者。其旗下的北京卓镭激光技术有限公司负责激光器的研发与销售；西安中科微精光子制造科技有限公司负责研发航空航天和军工领域的代加工及核心技术；福建中涵机公司负责设备中试与合作制造基地；深圳中科光子公司致力于电子信息领域的设备制造及供应链开发。

2017年，西安光机所与上海临港区管委会、中国航发商用航空发动机有限责任公司签署了战略合作协议，为其建设航空发动机叶片大批量制造工业4.0智能生产线，成为中国航发商用航空发动机有限责任公司长江系列叶片气膜孔加工的唯一制造单位，对C919、CR929客机换上“中国心”发挥了重要的支撑作用！

取得的经济效益和社会效益

在课题执行期内，研制的产品已实现了销售，包括五轴超快激光加工机床、激光精密微细加工系统、数控激光叶片微孔加工机床和飞秒激光制孔设备。2015年，主营业务销售额达到466.64万元；2016年，主营业务销售额达到2964.174万元。随着经济效益的快速增长，推动了产业化公司进一步向规模化方向发展，并为这些公司今后提升产业化能力和经济效益提供了保障。

社会效益方面，课题开发的超快激光数控机床被用于航空新型叶片气膜孔加工，从根本上解决了传统加工方式导致的单晶叶片存在重熔层、微裂纹和再结晶等缺陷问题，改变了目前加工方式无法对新一代叶片进行高品质加工的局面。该设备在国内率先实现了带陶瓷热障涂层气膜孔的一次性无损伤加工，加工深径比达20:1，成为国际上首次实现≥1mm空腔对壁无损伤加工的设备，显著提升了叶片的使用寿命，降低了“换片率”。该设备的研制成功，从根本上解决了导致航空发动机新机型研制“几乎停滞”的重大问题，为提升新一代航空发动机的寿命及推重比提供了强大的技术支撑。

课题研制的具有自主知识产权的工业化飞秒激光器，打破了国外对我国的禁运，满足了我国战略领域对高端技术的需求，对提升我国制造业水平、促进经济的转型升级起到了重要的支撑作用。

尚待突破的技术

通过课题研发，围绕航空发动机典型材料的超快激光加工，积累了大量经验，掌握了多项工艺方法，形成了工艺参数数据库和自主的超快激光加工工艺，目前已率先在喷油杆喷嘴和陶瓷基复合材料结构件的加工中得到初步应用。但与国外先进技术相比，仍有一些技术尚待突破：

1. 飞秒激光设备工程化设计：课题自主研制的飞秒激光设备，在工业化现场复杂环境的应用中适应性不强，为此，将在后续研究中，进一步改善对飞秒激光设备的工程化设计，为实现飞秒激光设备的工程化和产业化集群提供有利保障。

2. 智能化激光装备制造：我国激光装备产业正处于由自动化向智能化方向发展的初级阶段，相比国际顶级激光制造技术，还存在一定的差距。为提升产品的国际竞争力，西安光机所将进一步提升飞秒激光设备的智能化制造技术，尤其要在故障模拟、自我诊断和自动调节的智能化方面取得阶段性突破。

3. 超快激光技术能力及成熟度提升：依托研制的超快激光设备，搭建涡轮叶片超快激光制孔技术研究平台，联合西安光机所，针对带有热障涂层的涡轮叶片气膜孔，开展超快激光加工工艺的攻关，突破涡轮叶片气膜孔自适应定位、带热障涂层的叶片异型孔缺陷控制以及内腔防护和孔边倒圆等关键技术，完善现有装备，掌握加工工艺，形成超快激光制孔工艺标准与质量评价体系，实现超快激光加工高压涡轮工作叶片的装机应用，满足批量生产要求。

4. 超快激光加工技术关键技术突破与拓展应用：自主开展关键技术研究，通过工艺参数控制、打穿监测模块、带陶瓷型芯打孔工艺验证 以及Speed MaskTM707胶工艺验证，进一步解决对壁防护问题；优化工艺参数，合理规划加工路径，选配辅助气体，采用热像仪、高速摄影机等辅助仪器，开展加工过程的微观分析，确定加工阈值，提高带涂层材料的打孔合格率；进一步优化工艺参数，开展大倾角斜孔加工工艺验证，同时优化同轴气体保护效果，优化设计特殊加工喷嘴；系统开展电解质孔边倒圆、磨粒流以及水射流孔边倒圆技术研究，制定孔边倒圆效果评价方法，满足稳定的批产需求。拓展超快激光加工技术应用载体，选择航空发动机喷嘴类零件作为重点应用对象，确保打孔零件流量和喷油方向一次性加工即可满足设计要求，突破喷油嘴微孔加工技术瓶颈。

总之，通过课题实施，沈阳黎明加大了技术投入，加快了高档数控系统产业化基地建设，主要体现在：搭建了超快激光示范应用基地。通过地方配套经费支持，搭建了沈阳黎明首个用于超快激光加工试验平台的超净室，初步形成了超快激光加工试验平台，提升了公司的研发与试验能力。

结合实验室平台的搭建，沈阳黎明加大投入力度，积极寻求与国内超快激光顶尖团队的合作，目前已与北京625所、西安光机所等科研院所签署了技术战略合作协议，旨在扩展超快激光技术在航空发动机领域的应用，提升超快激光加工设备的研制能力。