工作履历

工程师（Engineer）,1995.03-1998.07原航天部一院十三所（Beijing Institute of Control Devices）高级工程师（Senior lead engineer）,

6ƠBB,TRIZ-L3,2002.2-2012.7 美国 通用电气公司全球研发总部激光加工与测量系统实验室制造与材料技术部（Laser and Metrology Systems Lab., Manufacturing and Materials Technology, General Electric Global Research Center）

[注：TRIZ是GE公司继SixSigma之后的最新工程管理认证体系，TRIZ-L3是TRIZ认证最高级别，负责公司技术创新的指导教育工作，等价于SixSigma的MBB。]

高级研究员，2012.7至今  中国科学院宁波材料技术与工程研究所

学术兼职

美国ASME微纳米加工技术委员会主席

中国机械工程学会特种加工分会常务理事

中国及浙江省3D打印产业联盟副理事长

宁波市机械工程学会副理事长

研究领域

从事（1）高速度高精度多尺度加工研究，目前偏重于激光工艺和混合工艺，主要应用于摩擦减阻类的表面处理，高效率冷却，先进打孔和三维加工。（2）多种冲击强化工艺的理论与实验研究，包括激光冲击强化及其它强化工艺，应用于提升加工件的应力分布和疲劳强度。（3）智能能量场制造与创新方法论的系统化研究，旨在融合当前的先进工程制造思想（Lean Manufacturing, TRIZ, Six Sigma, Intelligent Manufacturing, Sustainable Engineering 等），探索适应中国国情的前瞻性工程方法和工具。

研究概况

简述如下：

1）发明微尺度激光冲击强化技术（LSP），设计出新一代激光冲击强化技术方案: LSP技术于上世纪八十年代发明于美国，主要用于提高飞机发动机叶片的疲劳强度和抗冲击性。其基本原理是将强激光穿过约束层（如0.5毫米厚水层）升华保护层材料（塑料胶片或金属贴片），产生高温致密等离子体，等离子体迅速膨胀，产生冲击波，冲击波耦合入金属工件，导致工件的塑性变形，从而引发处理区的压应力分布（参见后文图1）。

统LSP技术的特点是将高能脉冲（一般大于1焦耳）穿过侧面喷水形成的约束层进行加工。其光斑较大（一般直径大于4毫米），激光重复频率一般低于10赫兹，可称为大光斑LSP技术，物理模型一般假设平面型冲击波。我在哥伦比亚大学攻读博士期间（1999-2002），将0.0003焦耳，50纳秒1000赫兹的UV激光脉冲聚焦到13微米大小，穿过平流水层， 实现了LSP效应，发明了微尺度LSP技术，将工艺分辨率提高到了几十微米量级。进一步地，我建立了全面考虑空气层，水约束层，保护层，等离子体区域，金属层的五层结构四种物态（气，液，固，等离子体）的封闭式物理模型（输入激光二维场分布和所需材料参数，不需要额外监测数据，解算物能守恒微积分方程，就可以给出冲击波的时空分布），进行了大量三维LSP应力建模分析，包括大面积处理的应力叠加分析。我还在纽约的布鲁克海文国家实验室利用加速器和与IBM合作搭建的X-ray Micro-diffraction装置，以约5微米分辨率测量了微尺度LSP的应力场；利用纳米压痕技术以一微米分辨率测量了硬度和应变分布，加上表面变形的几何测量，验证了上述物理模型和应力模型的可靠性。上述工作和相关文章基本奠定了该方向的物理模型和实验基础。课题组申请了发明专利（WO/2003097291）；我的Microscale LSP文章在ASME期刊发表，引用达75次以上。试验证明，微尺度LSP技术可以提高铜试件的疲劳强度三倍以上。鉴于其重大工程价值，我及课题组的ASME论文被授予ASME2006年度机械器具大奖（ASME 2006 Machine Tool and Gage Award）。该奖项从ASME制造期刊中每年仅选一项颁奖，是ASME的重大奖项。如今微尺度LSP已经在全球许多研究单位成为重要研究方向。相对于传统LSP，该工艺大大提高了工艺的分辨率，稳定性和适用器件范围。

所在的GEGRC激光组自1990年开始深入研究开发大光斑LSP技术，已经用于GE多种型号发动机的叶片生产中，在相关理论分析、工艺可靠性和应用方面居世界领先地位。加入GE后，我深入研究了大光斑LSP技术的诸多细节，结合微尺度LSP的研究，对当代LSP工艺的优缺点进行了长期思考。我建议，我国应该尽快开展新一代LSP技术研究，从而彻底解决目前LSP技术中的一系列瓶颈问题（如前后期辅助处理工艺过多，不够灵活，高风险，高成本等，技术方案见工作设想部分）。我对LSP技术了解深刻全面，计划率领团队为我国的LSP技术快速赶超世界先进水平做出贡献。

2）在飞机发动机的先进打孔技术（冷却孔，异型孔，超深孔）方面取得一系列创新成果：发动机的冷却孔可以有效地提升所用高温合金结构的适用温度极限，飞机发动机先进的孔加工被誉为制造业皇冠上的明珠。发动机打孔技术是GE世界领先的发动机产品的重要支柱。超深孔和常规冷却孔是发动机叶片的必须结构，而三维异型孔是目前业内竞争的最前沿。我自2005年开始参与并领导一系列发动机孔加工课题，在异型冷却孔，异型超深孔加工领域取得一系列创新成果，是研发中心孔加工的核心专家，多次获得嘉奖（团队大奖一次），申请相关专利多项。

动机冷却孔的加工往往需要以15-30倾角穿过2-5毫米厚高温合金，孔直径约为0.5毫米。某些情况下需要穿越热保护层（TBC）和合金层。传统上人们用毫秒脉冲激光进行冷却孔的高速加工，其机理主要是熔化溅射，其最大的问题是热影响区较大，表面粘接严重，需要后续处理。我试验了水助加工和防粘接涂层，较好地解决了粘接问题。我还全面研究了利用高能微秒，纳秒脉冲激光器的冷却孔加工，取得多项重大进展，包括小口径冷却孔加工，无裂纹TBC/合金单步复合孔加工，超深异型孔加工等。由于脉冲缩短，材料去除以升华为主，热影响区大大减少，但在加工速度、最大钻孔深度和锥度控制方面面临挑战。我率领的课题组发明了新工艺，在速度、深度、锥度及三维成型方面均获得突破。（注：鉴于公司政策，这类成果不能公开，文献也无法体现）

过艰苦攻关，我于2006年发明了液核光纤激光加工技术，并获得专利（US7211763B2），该技术打破了激光聚焦极限和光纤能量传输极限（超过4GW/cm^2)，可以深入狭小区域进行各种激光加工（参见后文图2）。该技术在高温合金打孔和其它项目上，尤其是对热效应敏感的材料去除加工中获得初步成功应用。2010年该技术第一次在学术会议上对外公布。

于发动机工艺研究的重要性和紧迫性，我计划将发动机孔加工技术和发动机叶片的LSP处理作为今后的主要研究方向。

3）攻克了特种复合材料激光去除加工的多种质量难题：自2007年开始，我进行了一系列复合材料去除加工的研究。重点研究的工艺是激光去除加工，对超声辅助的机械切割，旋转式超声加工（Rotary Ultrasonic Machining），水切割和电火花加工也进行了分析比较。所涉及材料包括风电用的碳纤维复合材料，发动机腔体用的减噪音结构（Engine Cabinet Acoustic Hole），以及尖端飞机用复合材料的多种功能结构加工。激光复合材料加工必须解决热效应问题和加工速度问题。某些尖端复合材料，如CCC，MMC，CMC等，目前基本用金刚石刀具加工，成品率低，成本昂贵。我领导课题组开发出了新型激光加工工艺，攻克了此类尖端复合材料激光加工的一系列难题，如表面撕裂，内部微裂缝，大深度加工等，应用于深槽加工，安装孔加工，冷却孔加工，复合材料叶片切边等；所加工材料的疲劳强度优于金刚石刀具加工的样品，将被下一代飞机发动机定为生产用工艺。（注：鉴于公司政策，这类成果不公开，文献无法体现）

4）建立了激光微纳米加工平台并在多个项目中应用：激光微纳米加工的应用日益广泛。我加入GEGRC后，从白手起家，逐步建立起了先进的激光微纳米加工平台，在单位的众多项目中发挥重大作用。项目包括超离水性结构的激光直接加工，太阳能薄膜的划线加工，特种晶体CZT的切片，等等。意识到热力控制的重大工程意义，我率领课题组进行了激光微槽加工，用于微槽冷却和热管（Heat Pipe）结构。铜的传热系数约为400W/MK，而我发明的新结构热管达到了惊人的15000--20000 W/MK的热导系数。该成果对于增强器件功能密度、将高能器件微型化有重大意义，已经申请专利，我是主要发明人之一。

用皮秒激光器在重载轴承机构上添加激光织构，摩擦系数相对光滑表面减少20-50%；在叶片上实现了微肋条结构，风阻减少5-10%。此类摩擦减阻结构虽然早有人研究，但激光工艺方面存在多个障碍，如表面突起需要后续加工，热影响区可能降低疲劳寿命等。我发明了水助激光微细加工技术，消除了二次加工的必要性；更进一步地，在加工区可以产生压应力而非通常的拉应力，从而延长了疲劳寿命（参见图2）。

是GE GRC激光微纳米加工的核心专家，自1999年就开始了激光微纳米加工的理论和实验研究，在ASME长期积极参与论坛组织工作，现担任ASME微纳米加工技术委员会副主席。

学术成果

出版著作：

长篇科幻小说《地球母亲的节日》（220页），海洋出版社，1997.9

发表文章：

1.  Wenwu Zhang Intelligent Energy Field Manufacturing –Interdisciplinary Process Innovations （720页）学术专著，CRC Press, USA，2010.7

2.  Wenwu Zhang* and YL Yao Manufacturing Engineering Handbook, Chapter 23—Laser Material Processing  科技专业手册，McGraw- Hill，USA，2004.

3.  Wenwu Zhang*, Y. Lawrence Yao and Kai Chen Modeling and Analysis of UV Laser Micromachining of Copper, Int. J. Advanced Manufacturing Technology, UK, 2001, Vol. 18, pp. 323-331.

4.  Wenwu Zhang* and Y. Lawrence Yao Micro Scale Laser Shock Processing of metallic Components ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2002, Vol. 124, pp.369-378.

5. Wenwu Zhang* and Y. Lawrence Yao Microscale Laser Shock Processing—Modeling, Testing, Microstructure Characterization SME Journal of Manufacturing Processing, 2001, Vol.3 No.2, pp. 128-143.

6. Wenwu Zhang*, Y.L. Yao, and I.C. Noyan Microscale Laser Shock Peening of Thin Films, Part 1: Experiment, Modeling and Simulation

7.（Won ASME 2006 Blackall Machine Tool and Gage Award）ASME Trans. J. of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 126, February 2004, pp. 10-17,2004.

8. Wenwu Zhang*, Y.L. Yao, and I.C. Noyan Microscale Laser Shock Peening of Thin Films, Part 2: High Spatial Resolution Material Characterization（Won ASME 2006 Blackall Machine Tool and Gage Award）ASME Trans. J. of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 126, February 2004, pp. 18-24

9. Wenwu Zhang* and Y. Lawrence Yao Feasibility Study of Inducing Desirable Residual Stress Distribution in Laser Micromachining Transactions of the North American Manufacturing Research Institution of SME (NAMRC XXIX) 2001, pp.413-420

10.Y. Lawrence Yao*, Wenwu Zhang and Hongqiang Chen Advances in Micro-scale Laser Peening Technology（Won the Best Paper Award）Proceedings of the 5th International Conference on Frontiers of Design and Manufacturing, Vol. 1, July 10-12, 2002. Dalian, China, pp. 6-15

11.Y. L. Yao*, Garry J. Cheng, K.P. Rajurkar, R. Kovacevic, S. Feiner, and Wenwu Zhang A Web based Curriculum Development on Non Traditional Manufacturing with Interactive Features International Journal of Engineering Education,Vol. 21, No. 3, pp. 546-554, 2005

12.Y. L. Yao*, Garry J. Cheng, K.P. Rajurkar, R. Kovacevic, S. Feiner, and Wenwu Zhang Combined Research and Curriculum Development of Nontraditional Manufacturing European J. Engineering Education, Vol. 30, No. 3, September 2005, pp. 363-376

13.Jie Zhang*, Peng Cheng, Wenwu Zhang, Michael Graham, Jerry Jones, Marshall Jones, Y.L. Yao Effect of Scanning Schemes on Laser Tube Bending ASME Trans. J. of Manufacturing Science and Engineering, 2005

14.Wenwu Zhang*3D Simulation-Manufacturing Technology: New Trend in CAD/CAM & Precision Engineering Manufacturing Technology of Inertial Instrument, 1994, Vol.1, pp.44-48

15.Wenwu Zhang*3D Manufacturing Technology and Functional Materials New Technology and New Process(新技术新工艺) , 1996, Vol. 4, pp.34-38

16.Wenwu Zhang* and David Mika Manufacturing and Energy Field Method Transactions of the North American Manufacturing Research Institution of SME (NAMRC 33), May 2005, pp.543-550, Columbia University, NYC, USA

17.Wenwu Zhang* and Magdi Azer Intelligent Energy Field Manufacturing Proceedings of ASME/MSEC 2006 (International Conference on Manufacturing Science and Engineering), paper #MSEC2006-21005, Oct. 2006, Ypsilanti, MI

18.Wenwu Zhang*, Magdi Azer, Pamela Benicewicz, Marshall Jones, Long Que Industrial Applications of Laser Micro/Nano Material Processing Proceedings of  ICALEO’06, M401, Oct. 2006, Phonex

申请专利：

申请或授权的部分专利：

1.张文武.Method and system for microscale LSP (微细激光冲击强化的第一个专利) 第一发明人（WO/2003/097291）USA

2.张文武.Portable plenum laser forming (便携式激光变形加工头)，第一发明人（US7667157B2）USA

3. 张文武.Thermal Forming（热变形加工）第二发明人（US7412300B2）USA

4.张文武.Hybrid metal Forming System （混合型金属变形加工系统）第一发明人（US7240532B2）USA

5. 张文武.System and method for tube bending （关于弯管的系统与方法）第一发明人（US7231798B2）USA

6.张文武.Photon energy material processing using liquid core waveguide.（利用液核光导进行光能材料加工—液核激光加工领域第一个专利，重大发明）唯一发明人（ US7211763B2）USA

7. 张文武.Hybrid metal forming system and method，第一发明人（US7162910B2）USA

8. 张文武.一种多功能测绘工具”比角仪”，第一发明人（CN ZL No. 91203877.2）中国

9. 张文武.平移式尺规，第一发明人（CN ZL 92244119.7）中国

10.张文武.多功能保健图表，第二发明人（CN ZL 93304767.3）中国

11.张文武.三维能量场制造的方法与系统，第一发明人（CN ZL 97104397.3）中国

12.张文武.阵列式风力发电装置及阵列式风力应用系统，第一发明人。 重大发明。中国200920299019.5

13.张文武.一种综合利用光能的方法和系统，第一发明人，重大发明. 中国201010162239.0

14.张文武.并行精密加工方法和系统，第一发明人，重大发明. 中国200910247871.2

15.张文武,多功能层状激光加工头，第一发明人.

16.Wenwu Zhang, etc.,2009，”Laser film cooling hole drilling”(先进打孔)

17.Ron Bunker, Wenwu Zhang, Bin Wei, 2010, “Process and system for compound shaped hole laser drilling through TBC or EBC laser”,（先进打孔）

18.Wenwu Zhang, Kevin Harding, 2010, “Method and system for thin film scribing quality control using optical intensity profiles”,（太阳能）

19.Wenwu Zhang, Christian Andrini, 2010, “The use of laser to pattern anode and cathode of CZT radiation detection devices”.（特种器件）

20.Wenwu Zhang, 2010.,”Process and system to improve the quality in laser scribing of thin film structures” （太阳能）

21.Tao Deng， Wenwu Zhang，et al.,2011，Flexible Heat Pipe (重大专利）

22.Eric, Wenwu et al., 2011, "Controlled taper machining for CZT transducers"

23.Ross, Wenwu et al., 2011,"quick connection assembly of power generation duct system"