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工作履歷

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

6?BB,TRIZ-L3,2002.2-2012.7 美國 通用電氣公司全球研發(fā)總部激光加工與測量系統(tǒng)實驗室制造與材料技術(shù)部（Laser and Metrology Systems Lab., Manufacturing and Materials Technology, General Electric Global Research Center）

[注：TRIZ是GE公司繼SixSigma之后的最新工程管理認證體系，TRIZ-L3是TRIZ認證最高級別，負責(zé)公司技術(shù)創(chuàng)新的指導(dǎo)教育工作，等價于SixSigma的MBB。]

高級研究員，2012.7至今  中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所

學(xué)術(shù)兼職

美國ASME微納米加工技術(shù)委員會主席

中國機械工程學(xué)會特種加工分會常務(wù)理事

中國及浙江省3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長

寧波市機械工程學(xué)會副理事長

研究領(lǐng)域

從事（1）高速度高精度多尺度加工研究，目前偏重于激光工藝和混合工藝，主要應(yīng)用于摩擦減阻類的表面處理，高效率冷卻，先進打孔和三維加工。（2）多種沖擊強化工藝的理論與實驗研究，包括激光沖擊強化及其它強化工藝，應(yīng)用于提升加工件的應(yīng)力分布和疲勞強度。（3）智能能量場制造與創(chuàng)新方法論的系統(tǒng)化研究，旨在融合當前的先進工程制造思想（Lean Manufacturing, TRIZ, Six Sigma, Intelligent Manufacturing, Sustainable Engineering 等），探索適應(yīng)中國國情的前瞻性工程方法和工具。

研究概況

簡述如下：

1）發(fā)明微尺度激光沖擊強化技術(shù)（LSP），設(shè)計出新一代激光沖擊強化技術(shù)方案: LSP技術(shù)于上世紀八十年代發(fā)明于美國，主要用于提高飛機發(fā)動機葉片的疲勞強度和抗沖擊性。其基本原理是將強激光穿過約束層（如0.5毫米厚水層）升華保護層材料（塑料膠片或金屬貼片），產(chǎn)生高溫致密等離子體，等離子體迅速膨脹，產(chǎn)生沖擊波，沖擊波耦合入金屬工件，導(dǎo)致工件的塑性變形，從而引發(fā)處理區(qū)的壓應(yīng)力分布（參見后文圖1）。

統(tǒng)LSP技術(shù)的特點是將高能脈沖（一般大于1焦耳）穿過側(cè)面噴水形成的約束層進行加工。其光斑較大（一般直徑大于4毫米），激光重復(fù)頻率一般低于10赫茲，可稱為大光斑LSP技術(shù)，物理模型一般假設(shè)平面型沖擊波。我在哥倫比亞大學(xué)攻讀博士期間（1999-2002），將0.0003焦耳，50納秒1000赫茲的UV激光脈沖聚焦到13微米大小，穿過平流水層， 實現(xiàn)了LSP效應(yīng)，發(fā)明了微尺度LSP技術(shù)，將工藝分辨率提高到了幾十微米量級。進一步地，我建立了全面考慮空氣層，水約束層，保護層，等離子體區(qū)域，金屬層的五層結(jié)構(gòu)四種物態(tài)（氣，液，固，等離子體）的封閉式物理模型（輸入激光二維場分布和所需材料參數(shù)，不需要額外監(jiān)測數(shù)據(jù)，解算物能守恒微積分方程，就可以給出沖擊波的時空分布），進行了大量三維LSP應(yīng)力建模分析，包括大面積處理的應(yīng)力疊加分析。我還在紐約的布魯克海文國家實驗室利用加速器和與IBM合作搭建的X-ray Micro-diffraction裝置，以約5微米分辨率測量了微尺度LSP的應(yīng)力場；利用納米壓痕技術(shù)以一微米分辨率測量了硬度和應(yīng)變分布，加上表面變形的幾何測量，驗證了上述物理模型和應(yīng)力模型的可靠性。上述工作和相關(guān)文章基本奠定了該方向的物理模型和實驗基礎(chǔ)。課題組申請了發(fā)明專利（WO/2003097291）；我的Microscale LSP文章在ASME期刊發(fā)表，引用達75次以上。試驗證明，微尺度LSP技術(shù)可以提高銅試件的疲勞強度三倍以上。鑒于其重大工程價值，我及課題組的ASME論文被授予ASME2006年度機械器具大獎（ASME 2006 Machine Tool and Gage Award）。該獎項從ASME制造期刊中每年僅選一項頒獎，是ASME的重大獎項。如今微尺度LSP已經(jīng)在全球許多研究單位成為重要研究方向。相對于傳統(tǒng)LSP，該工藝大大提高了工藝的分辨率，穩(wěn)定性和適用器件范圍。

所在的GEGRC激光組自1990年開始深入研究開發(fā)大光斑LSP技術(shù)，已經(jīng)用于GE多種型號發(fā)動機的葉片生產(chǎn)中，在相關(guān)理論分析、工藝可靠性和應(yīng)用方面居世界領(lǐng)先地位。加入GE后，我深入研究了大光斑LSP技術(shù)的諸多細節(jié)，結(jié)合微尺度LSP的研究，對當代LSP工藝的優(yōu)缺點進行了長期思考。我建議，我國應(yīng)該盡快開展新一代LSP技術(shù)研究，從而徹底解決目前LSP技術(shù)中的一系列瓶頸問題（如前后期輔助處理工藝過多，不夠靈活，高風(fēng)險，高成本等，技術(shù)方案見工作設(shè)想部分）。我對LSP技術(shù)了解深刻全面，計劃率領(lǐng)團隊為我國的LSP技術(shù)快速趕超世界先進水平做出貢獻。

2）在飛機發(fā)動機的先進打孔技術(shù)（冷卻孔，異型孔，超深孔）方面取得一系列創(chuàng)新成果：發(fā)動機的冷卻孔可以有效地提升所用高溫合金結(jié)構(gòu)的適用溫度極限，飛機發(fā)動機先進的孔加工被譽為制造業(yè)皇冠上的明珠。發(fā)動機打孔技術(shù)是GE世界領(lǐng)先的發(fā)動機產(chǎn)品的重要支柱。超深孔和常規(guī)冷卻孔是發(fā)動機葉片的必須結(jié)構(gòu)，而三維異型孔是目前業(yè)內(nèi)競爭的最前沿。我自2005年開始參與并領(lǐng)導(dǎo)一系列發(fā)動機孔加工課題，在異型冷卻孔，異型超深孔加工領(lǐng)域取得一系列創(chuàng)新成果，是研發(fā)中心孔加工的核心專家，多次獲得嘉獎（團隊大獎一次），申請相關(guān)專利多項。

動機冷卻孔的加工往往需要以15-30傾角穿過2-5毫米厚高溫合金，孔直徑約為0.5毫米。某些情況下需要穿越熱保護層（TBC）和合金層。傳統(tǒng)上人們用毫秒脈沖激光進行冷卻孔的高速加工，其機理主要是熔化濺射，其最大的問題是熱影響區(qū)較大，表面粘接嚴重，需要后續(xù)處理。我試驗了水助加工和防粘接涂層，較好地解決了粘接問題。我還全面研究了利用高能微秒，納秒脈沖激光器的冷卻孔加工，取得多項重大進展，包括小口徑冷卻孔加工，無裂紋TBC/合金單步復(fù)合孔加工，超深異型孔加工等。由于脈沖縮短，材料去除以升華為主，熱影響區(qū)大大減少，但在加工速度、最大鉆孔深度和錐度控制方面面臨挑戰(zhàn)。我率領(lǐng)的課題組發(fā)明了新工藝，在速度、深度、錐度及三維成型方面均獲得突破。（注：鑒于公司政策，這類成果不能公開，文獻也無法體現(xiàn)）

過艱苦攻關(guān)，我于2006年發(fā)明了液核光纖激光加工技術(shù)，并獲得專利（US7211763B2），該技術(shù)打破了激光聚焦極限和光纖能量傳輸極限（超過4GW/cm^2)，可以深入狹小區(qū)域進行各種激光加工（參見后文圖2）。該技術(shù)在高溫合金打孔和其它項目上，尤其是對熱效應(yīng)敏感的材料去除加工中獲得初步成功應(yīng)用。2010年該技術(shù)第一次在學(xué)術(shù)會議上對外公布。

于發(fā)動機工藝研究的重要性和緊迫性，我計劃將發(fā)動機孔加工技術(shù)和發(fā)動機葉片的LSP處理作為今后的主要研究方向。

3）攻克了特種復(fù)合材料激光去除加工的多種質(zhì)量難題：自2007年開始，我進行了一系列復(fù)合材料去除加工的研究。重點研究的工藝是激光去除加工，對超聲輔助的機械切割，旋轉(zhuǎn)式超聲加工（Rotary Ultrasonic Machining），水切割和電火花加工也進行了分析比較。所涉及材料包括風(fēng)電用的碳纖維復(fù)合材料，發(fā)動機腔體用的減噪音結(jié)構(gòu)（Engine Cabinet Acoustic Hole），以及尖端飛機用復(fù)合材料的多種功能結(jié)構(gòu)加工。激光復(fù)合材料加工必須解決熱效應(yīng)問題和加工速度問題。某些尖端復(fù)合材料，如CCC，MMC，CMC等，目前基本用金剛石刀具加工，成品率低，成本昂貴。我領(lǐng)導(dǎo)課題組開發(fā)出了新型激光加工工藝，攻克了此類尖端復(fù)合材料激光加工的一系列難題，如表面撕裂，內(nèi)部微裂縫，大深度加工等，應(yīng)用于深槽加工，安裝孔加工，冷卻孔加工，復(fù)合材料葉片切邊等；所加工材料的疲勞強度優(yōu)于金剛石刀具加工的樣品，將被下一代飛機發(fā)動機定為生產(chǎn)用工藝。（注：鑒于公司政策，這類成果不公開，文獻無法體現(xiàn)）

4）建立了激光微納米加工平臺并在多個項目中應(yīng)用：激光微納米加工的應(yīng)用日益廣泛。我加入GEGRC后，從白手起家，逐步建立起了先進的激光微納米加工平臺，在單位的眾多項目中發(fā)揮重大作用。項目包括超離水性結(jié)構(gòu)的激光直接加工，太陽能薄膜的劃線加工，特種晶體CZT的切片，等等。意識到熱力控制的重大工程意義，我率領(lǐng)課題組進行了激光微槽加工，用于微槽冷卻和熱管（Heat Pipe）結(jié)構(gòu)。銅的傳熱系數(shù)約為400W/MK，而我發(fā)明的新結(jié)構(gòu)熱管達到了驚人的15000--20000 W/MK的熱導(dǎo)系數(shù)。該成果對于增強器件功能密度、將高能器件微型化有重大意義，已經(jīng)申請專利，我是主要發(fā)明人之一。

用皮秒激光器在重載軸承機構(gòu)上添加激光織構(gòu)，摩擦系數(shù)相對光滑表面減少20-50%；在葉片上實現(xiàn)了微肋條結(jié)構(gòu)，風(fēng)阻減少5-10%。此類摩擦減阻結(jié)構(gòu)雖然早有人研究，但激光工藝方面存在多個障礙，如表面突起需要后續(xù)加工，熱影響區(qū)可能降低疲勞壽命等。我發(fā)明了水助激光微細加工技術(shù)，消除了二次加工的必要性；更進一步地，在加工區(qū)可以產(chǎn)生壓應(yīng)力而非通常的拉應(yīng)力，從而延長了疲勞壽命（參見圖2）。

是GE GRC激光微納米加工的核心專家，自1999年就開始了激光微納米加工的理論和實驗研究，在ASME長期積極參與論壇組織工作，現(xiàn)擔任ASME微納米加工技術(shù)委員會副主席。

學(xué)術(shù)成果

出版著作：

長篇科幻小說《地球母親的節(jié)日》（220頁），海洋出版社，1997.9

發(fā)表文章：

1.  Wenwu Zhang Intelligent Energy Field Manufacturing –Interdisciplinary Process Innovations （720頁）學(xué)術(shù)專著，CRC Press, USA，2010.7

2.  Wenwu Zhang* and YL Yao Manufacturing Engineering Handbook, Chapter 23—Laser Material Processing  科技專業(yè)手冊，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(新技術(shù)新工藝) , 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

申請專利：

申請或授權(quán)的部分專利：

1.張文武.Method and system for microscale LSP (微細激光沖擊強化的第一個專利) 第一發(fā)明人（WO/2003/097291）USA

2.張文武.Portable plenum laser forming (便攜式激光變形加工頭)，第一發(fā)明人（US7667157B2）USA

3. 張文武.Thermal Forming（熱變形加工）第二發(fā)明人（US7412300B2）USA

4.張文武.Hybrid metal Forming System （混合型金屬變形加工系統(tǒng)）第一發(fā)明人（US7240532B2）USA

5. 張文武.System and method for tube bending （關(guān)于彎管的系統(tǒng)與方法）第一發(fā)明人（US7231798B2）USA

6.張文武.Photon energy material processing using liquid core waveguide.（利用液核光導(dǎo)進行光能材料加工—液核激光加工領(lǐng)域第一個專利，重大發(fā)明）唯一發(fā)明人（ US7211763B2）USA

7. 張文武.Hybrid metal forming system and method，第一發(fā)明人（US7162910B2）USA

8. 張文武.一種多功能測繪工具”比角儀”，第一發(fā)明人（CN ZL No. 91203877.2）中國

9. 張文武.平移式尺規(guī)，第一發(fā)明人（CN ZL 92244119.7）中國

10.張文武.多功能保健圖表，第二發(fā)明人（CN ZL 93304767.3）中國

11.張文武.三維能量場制造的方法與系統(tǒng)，第一發(fā)明人（CN ZL 97104397.3）中國

12.張文武.陣列式風(fēng)力發(fā)電裝置及陣列式風(fēng)力應(yīng)用系統(tǒng)，第一發(fā)明人。 重大發(fā)明。中國200920299019.5

13.張文武.一種綜合利用光能的方法和系統(tǒng)，第一發(fā)明人，重大發(fā)明. 中國201010162239.0

14.張文武.并行精密加工方法和系統(tǒng)，第一發(fā)明人，重大發(fā)明. 中國200910247871.2

15.張文武,多功能層狀激光加工頭，第一發(fā)明人.

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

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

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

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

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

21.Tao Deng， Wenwu Zhang，et al.,2011，F(xiàn)lexible Heat Pipe (重大專利）

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"