机械工程学报

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徐田秋, 符瑞, 罗龙溪, 许瀚文, 毛昊, 刘长猛

机械工程学报. 2026, 62(3): 2-14. https://doi.org/10.3901/JME.260068

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大型点阵结构因其具备高孔隙率的结构特性以及抗冲击/减震降噪等功能特性，在现代国防，海洋，建筑等重点工业领域具有广阔的应用前景。目前，制造技术的局限是制约大型点阵结构应用的重要瓶颈。增材制造突破传统制造技术的限制，基于逐层堆积的成形原理，使得三维大型点阵结构一体化成形成为可能。聚焦大型点阵结构增材制造技术与方法，从制造工艺，制造装备以及应用前景三个方面对当前研究现状与特点进行阐述和总结。在制造工艺方面，对比目前国内外相关研究团队开发的大型多材料金属点阵结构制造工艺与先进成果，以桁架类点阵和标准几何类点阵为代表，对比当前制造技术特点。在制造装备方面，从装备结构和装备控制系统两个维度进行归纳总结，汇总目前大型点阵结构制造装备结构形式，同时明晰控制系统的异同。最后对大型点阵结构在增材制造领域未来应用进行展望。旨在系统性阐述大型点阵结构在增材制造领域的进展与未来发展，促进增材制造技术在轻量化结构高效高质量制造方面的工业化应用。

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先进材料增材制造研究与发展

李桂伟, 曹祺原, 王嘉庆, 赵一航, 吴文征

机械工程学报. 2026, 62(3): 15-45. https://doi.org/10.3901/JME.260069

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先进材料是指具有优异性能的新型材料，其特征包括高强度、耐极端温度、高生物相容性等，或者具备自修复、形状记忆和环境响应等特殊功能，已经成为支撑先进制造领域发展的关键基础。但由于先进材料存在高硬度、高熔点、高脆性等特性，采用传统加工方法成形的弊端逐渐显露。基于材料逐层累积成形的增材制造技术尤其适用于先进材料成形复杂三维结构，在产品研发和行业应用方面均取得了显著的进展。因此，综述了先进材料增材制造研究与发展。首先，阐述了先进材料与增材制造的相关概念，分析二者协同的发展前景；其次，基于不同的成形原理，重点介绍了各类先进材料增材制造的发展现状与技术优势；然后系统地梳理了先进材料体系，总结其在增材制造领域的应用现状；随后展示了该技术在工程领域的应用现状；最后探讨了该技术现存问题，并对未来发展方向进行展望。

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投影式生物3D打印：原理、挑战与应用

何超凡, 吴琦林, 乔天鸿, 孙元, 高庆, 王鹏, 马梁, 尹俊, 杨华勇, 贺永

机械工程学报. 2026, 62(3): 46-69. https://doi.org/10.3901/JME.260070

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投影式3D打印是一种基于光聚合原理的增材制造技术，通过利用空间光调制器生成动态掩膜，并将位图图像投射到光敏材料表面，以实现固化成形。投影技术可分为面投影和体投影两类，在众多3D打印技术中，面投影技术具有最高的分辨率/制造时间比，而体投影技术则具有远超传统打印技术的打印速度，因而投影式3D打印被视为极具潜力的技术路线。然而，当该技术应用于生物3D打印领域，即采用含细胞的生物墨水时，其可打印性、分辨率以及墨水要求会发生显著变化，进而带来诸多挑战。本综述系统总结了投影式生物3D打印的技术原理与关键挑战，分析了近年来的新技术与新应用，并结合生物医学的应用需求，总结了切实可行的优化策略，旨在为该领域的研究与发展提供有价值的参考。

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高通量生物3D打印及其在类器官构建中的应用

邓贺元, 方永聪, 张婷, 熊卓

机械工程学报. 2026, 62(3): 70-85. https://doi.org/10.3901/JME.260071

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生物3D打印作为一种基于增材制造原理的先进生物制造技术，通过精准沉积细胞与生物材料，为构建复杂三维生物结构提供了强大工具。系统综述了典型生物3D打印工艺(包括微滴式、挤出式和光辅助打印)的基本原理与局限性，并重点介绍了高通量生物3D打印在提升打印速度、并行化产能与自动化水平方面的最新技术进展。进一步地，探讨了高通量生物3D打印在类器官构建中解决的痛点问题，包括实现标准化与规模化制造、复杂多细胞结构的精准复现及动态微环境调控，从而显著提升了类器官的仿生性与重复性。最后，指出了当前面临的挑战(如生物墨水开发、多模态检测、标准化与功能化统一)并展望了未来发展趋势，为类器官技术的临床转化与产业化应用提供了重要参考。

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高超声速飞行器减阻降热主动质量引射结构研究进展

王洪悦, 刘延芳, 顾冬冬, 李绪清, 张伟伟, 姚理, 杨冰朔, 张亚轩, 齐乃明

机械工程学报. 2026, 62(3): 104-124. https://doi.org/10.3901/JME.260073

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面向高超声速飞行器“长航时、高马赫数、大过载、重复使用”工况下的减阻降热需求，聚焦主动质量引射结构，系统梳理喷射孔与微渗透多孔两类多孔结构的研究进展，深入剖析其流动-传热耦合机制与对极端环境适应性，评述金属/陶瓷多孔材料体系和增材制造多孔结构等先进制造工艺，总结其在发动机内部高温部件及飞行器迎风面关键部件的工程应用；归纳自抽吸/分区调控/主被动协同等轻量化设计策略，凝练基体材料智能化、设计过程智能化与验证体系智能化等前沿发展路径，为高超声速飞行器突破极端热障与调控摩擦阻力提供有益参考。

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高温陶瓷微通道换热器研究现状与其增材制造展望

蔡基利, 石磊, 虞胡喆, 何子临, 刘子怡, 蔡超, 史玉升

机械工程学报. 2026, 62(3): 125-136. https://doi.org/10.3901/JME.260074

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高温陶瓷微通道换热器因兼具材料的耐高温性与结构的紧凑性，是新一代高能效热力系统的关键技术方向。然而，高温陶瓷材料固有的高熔点、高硬度和高脆性特征限制了复杂微通道结构的一体化制造。当前采用预制冷/热微通道陶瓷板材沿高度方向交替堆叠的分体式层压制造，存在空间利用率低、流动-传热场协同失配等问题，限制了结构紧凑度与换热效率的提升。增材制造技术凭借其逐层一体化构建复杂结构的优势，突破了传统工艺的设计与制造限制，使微通道结构设计从 “工艺驱动”向“性能驱动”转变，并在提升空间利用效率与强化流动-传热协同方面展现出显著潜力。系统综述了近年来高温陶瓷微通道换热器在增材制造领域的研究进展，重点分析了结构设计策略、制造工艺路径、关键技术挑战及典型应用场景，探讨了其未来发展趋势，旨在为高效高紧凑微通道换热器的创新设计与工程化应用提供技术参考。

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激光冲击对电弧熔丝直接能量沉积Al-Zn-Mg薄壁构件的性能影响研究

黎凯, 蒋笑, 方学伟, 陈瑞凯, 王航, 李昌泽, 黄科, 卢秉恒

机械工程学报. 2026, 62(3): 137-145. https://doi.org/10.3901/JME.260075

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为解决电弧熔丝直接定向能量沉积(Wire-arc directed energy deposition, WA-DED)制备高强铝合金(Al-Zn-Mg系)薄壁构件高内应力、多气孔缺陷，探索了激光冲击(Laser shock peening, LSP)后处理对沉积态Al-Zn-Mg合金薄壁构件力学性能、残余应力、微观组织演变和孔隙缺陷的影响机制。通过实验发现，LSP能够在试样内部引入影响层深度为1 mm左右的残余压应力层。与沉积态相比(屈服强度：266.6 MPa±0.7 MPa；抗拉强度：406.5 MPa±2.0 MPa)，LSP后Al-Zn-Mg合金屈服强度和抗拉强度分别提升了38.1%和16.1%，达到了368.1 MPa±5.1 MPa和471.9 MPa±9.5 MPa。力学性能的显著升高归因于激光冲击在样品内部引入了高密度位错，并且在冲击表面产生了大量的纳米晶粒。位错强化和细晶强化的协同作用使得LSP试样力学性能显著提高。

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层间停留时间对激光增材成形GH3536合金温度场与沉积质量的影响研究

王迪, 卫洋, 郑品铸, 田印仟, 杨永强, 周恒, 黎燕文, 张世钦, 韩昌骏

机械工程学报. 2026, 62(3): 146-159. https://doi.org/10.3901/JME.260076

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针对激光定向能量沉积薄壁样件在高度方向上温度场和厚度不均匀等问题，开展了层间停留时间对定向能量沉积GH3536样件的温度场及沉积质量的影响研究。通过旁轴红外热成像相机实时监测沉积过程中的温度场，提取熔池长度、熔池最高温度、熔池中心平均温度、热影响层、平均层道冷却速率五个温度场特征，并分析了样件的表面形貌、显微组织、显微硬度和抗拉强度。结果表明：延长层间停留时间能减小熔池长度和热影响层，提升平均层道冷却速率，降低热累积效应，改善样件尺寸精度，降低表面粗糙度，实验样件的侧面粗糙度Ra下降了36.28%。同时，层间停留时间的增加使晶粒组织更细小均匀，显微硬度和抗拉强度随之提高，实验样件的极限抗拉强度提高了9.45%。熔池长度和热影响层的增加与形貌质量和力学性能呈负相关，平均层道冷却速率的增加与形貌质量和力学性能呈正相关。研究为定向能量沉积GH3536性能调控及温度场监测提供依据。

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205C/7075铝合金激光同轴熔丝增材制造组织与气孔耦合演化机理

占小红, 高转妮, 张凯昱, 王建峰, 李响, 徐方达

机械工程学报. 2026, 62(3): 160-175. https://doi.org/10.3901/JME.260077

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激光同轴熔丝增材制造技术凭借其高成形柔性和材料熔化均匀等优势，为基于2系和7系铝合金的高性能异质材料整体结构的高效成形提供了新型有效解决方案。针对铝合金激光同轴熔丝增材制造过程中存在的冶金气孔缺陷问题，本研究采用实验分析与数值模拟结合的方法，分析了不同类型晶粒及晶粒不同位置处气孔分布的差异化特征，揭示了气孔析出初始特征与晶粒形核条件对组织与气孔竞协演化行为的影响机理。结果表明：205C铝合金过渡层C1等轴晶界气孔率(0.03%)显著高于晶内区域(0.01%)，7075铝合金过渡层C2柱状晶区气孔率(1.01%)与平均气孔直径(48.07 μm)分别为等轴晶区的10.1倍和1.68倍。凝固末期，柱状晶上部液相通道的气孔与下方气孔合并形成双晶界气孔，远离一次枝晶尖端的气孔被两侧柱状晶包裹形成三晶界交互气孔。多等轴晶间气孔受晶界均匀约束作用影响呈近球形形貌，柱状晶间气孔形貌受晶体取向约束呈沿晶界定向延伸的条状分布。随着柱状晶生长模式由汇聚型向平行型直至发散型转变，晶间气孔的长度、宽度和圆度逐渐增大。

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激光粉末床熔融AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金TPMS点阵结构吸能性能研究

王康帅, 韦辉亮, 吴越峰, 石家铭, 刘婷婷, 廖文和

机械工程学报. 2026, 62(3): 176-189. https://doi.org/10.3901/JME.260078

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针对激光粉末床熔融(LPBF)传统合金三周期极小曲面(TPMS)点阵结构强塑性难以协同的难题，系统研究了AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金LPBF工艺及其TPMS点阵结构的力学性能。最优参数组合时AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金弹性模量达255 GPa，压缩屈服应力达1 348 MPa，抗压强度达2 520 MPa，压缩应变超25%。微观组织表征结果表明，其具有FCC(130～250 nm)/BCC(20～30 nm)双相纳米片层结构，元素偏聚形成异质界面协同强化。通过制造Diamond、Gyroid、Primitive三种TPMS结构及BCC桁架结构，揭示了点阵构型、相对密度和单胞尺寸结构参数对准静态压缩性能的影响规律。弹性模量、屈服应力及吸能均与相对密度正相关，Diamond、Gyroid和Primitive结构最大吸能分别达2 369 J、2 062 J和1 096 J。弹性模量与屈服应力随单胞尺寸增大呈线性增长，平台应力和吸能同步提升。Gyroid、Primitive结构在40%相对密度时比弹性模量的峰值分别达到47.8 GPa/kg、46.9 GPa/kg。相对Gyroid、Primitive、BCC构型，Diamond结构综合性能最优，比弹性模量达到72.6 GPa/kg，比吸能达38.7 J/g。与316L不锈钢和Ti-6Al-4V钛合金同类TPMS点阵综合对比，可知AlCoCrFeNi_2.1点阵结构具有更为优异的强度-塑性匹配性能，在极端载荷条件下的高承载与吸能方面具有良好的应用前景。

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微细激光增材制造高强铝合金毛细芯结构成形工艺及毛细功能研究

刘贺, 顾冬冬, 李林轩, 裴斌, 周优优

机械工程学报. 2026, 62(3): 190-202. https://doi.org/10.3901/JME.260079

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针对高强铝合金毛细芯结构的高精度成形及传质功能需求，研究了常规激光粉末床熔融(Conventional laser powder bed fusion，c-LPBF)与微细激光粉末床熔融(Micro laser powder bed fusion，μ-LPBF)成形高强铝合金微特征结构的成形性与毛细性能。μ-LPBF成形高强铝合金结构的极限尺寸约为86 μm，缺陷等效直径集中于25～40 μm，平均缺陷体积和球形度分别为9.99×10^-6 mm³、0.76；远优于c-LPBF工艺(缺陷等效直径50～100 μm，球形度降至0.48)，且在200 μm以下结构展现出优异的尺寸精度与缺陷抑制能力。基于数值模型揭示了颗粒飞溅和剥蚀行为的演化机制，c-LPBF因强金属蒸汽羽流导致粉末飞溅速度超过10 m/s、剥蚀带宽度为821～932 μm；而μ-LPBF因蒸汽扰动减弱，飞溅速度降至5 m/s以下、剥蚀带宽度缩小至159～239 μm，工艺稳定性显著提升。μ-LPBF结构获得了更高的毛细压差-渗透率乘积(ΔP_capK=16.08×10^-8 N)与毛细因子(K/R_eff=1.16 μm)，展现出更均衡的综合传质性能，为热控结构的优化设计与一体化成形提供了参考。

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工艺参数对激光选区熔化Ni-Ti合金微观组织和宏观性能的影响

曾祥栩, 李昭青, 张争艳, 李宜朋, 林坤, 杨潇

机械工程学报. 2026, 62(3): 203-217. https://doi.org/10.3901/JME.260080

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采用激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)增材制造技术制备了Ni-Ti形状记忆合金(Shape memory alloys, SMAs)，系统研究了不同激光功率、扫描速度、激光能量密度下SLM成形Ni-Ti SMAs的成形质量、微观组织、马氏体相变行为、力学性能和超弹性。结果表明：为获得相对密度不低于99%的SLM成形Ni-Ti SMAs，应选择低激光功率与低扫描速度组合，高激光功率与高扫描速度组合，且激光能量密度应大于45 J/mm³。当扫描方式采用x/y交替扫描策略时，所有SLM成形Ni-Ti SMAs样品均形成长度方向与沉积方向平行的柱状晶组织，且随着激光能量密度的增加(对应激光功率的增加或扫描速度的降低)，柱状晶的长度和宽度均增加。同时，随着激光能量密度的增加，SLM成形Ni-Ti SMAs的马氏体相变特征温度提高，因此应力诱发马氏体相变临界应力降低。采用57.1 J/mm³低能量密度制备的SLM成形Ni-Ti SMAs在室温压缩变形时的名义屈服强度约1 208 MPa，预变形8%时的超弹性可回复应变约6.9%。随着激光能量密度的增加，SLM成形Ni-Ti SMAs的室温名义屈服强度先增加后降低，超弹性可回复应变不断降低。

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基于YOLO算法的激光粉末床熔融成形层形貌分类识别与成形质量预测研究

李雨露, 李俊峰, 万章艺, 魏正英

机械工程学报. 2026, 62(3): 218-234. https://doi.org/10.3901/JME.260081

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激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion, LPBF)技术能够高精度制造复杂金属构件，其成形过程的质量波动与缺陷在线监测是目前研究的重点方向之一。本研究面向Ti-6Al-4V合金LPBF过程，构建了一种基于原位视觉感知的成形层形貌在线监测与分类识别方法，可实现对成形质量的预测。首先，通过单道熔道实验系统分析不同激光功率与扫描速度组合下的熔池行为及成形层光学形貌特征，将成形层形貌依据能量密度划分为低能区、适能区与高能区，为后续分类标注建立实验基准。随后开展9组不同工艺参数的成形实验，并采集逐层成形图像，表征成形质量，构建“工艺参数—成形层形貌—成形质量”之间的定量关联。基于采集的图像数据构建多模态增强数据集(包括几何增强、噪声注入与光照调整)，并采用YOLOv5s模型学习成形层光学特征与能量输入状态之间的映射关系，实现对成形质量区间的在线识别与预测。实验结果表明，模型在100个Epoch训练后，可对高、中、低能量密度形貌的识别达到 97% 以上准确率(mAP>0.90)。研究揭示了成形工艺参数驱动下的成形质量与成形层光学形貌之间的对应关系，为LPBF过程质量在线监测与实时调控提供了可工程化的技术路径。

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退火对激光粉末床熔融AlCoCrCuFeNi高熵合金磁性能和力学性能的影响研究

胡绪照, 张电宝, 徐震霖, 陈翔霖, 方芳, 夏爱林

机械工程学报. 2026, 62(3): 235-247. https://doi.org/10.3901/JME.260082

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热处理相变是影响增材制造高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)磁性能和力学性能的关键因素。采用激光粉末床熔融(LPBF) 3D打印技术成功制备了等原子比AlCoCrCuFeNi HEAs并系统研究了不同温度(600～1 100 ℃)退火工艺对其微观组织演变、磁性能和微观力学性能的影响。结果表明，打印态合金为随机取向的柱状晶沿熔池外延生长，由有序BCC基体相和少量FCC析出相组成。随着退火温度的升高，合金经历回复和再结晶过程，FCC相逐渐从BCC相基体中析出并占据主导地位，析出和再结晶行为协同影响合金的微观组织结构。打印态和退火态合金均表现出优异的力学性能，且随着退火温度的升高，纳米硬度和维氏硬度呈现出先增加后减小的趋势；当退火温度为600 ℃时，试样纳米硬度和维氏硬度最大，分别为9.57 GPa和692.6 HV。试样具有优异的半硬磁特性，且随着退火温度的升高饱和磁化强度(M_s)、矫顽力(H_c)呈现先增大后减小的趋势，磁晶各向异性常数(k₁)呈现先增加后减小又增加的趋势；当退火温度为600 ℃时M_s和H_c均具有最大值，分别为60.12 A·m²/kg、7.16 kA/m。本工作可为后续通过退火工艺调节高熵合金的微观结构和综合磁学性能提供一定的研究思路。

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功能基元序构的4D打印仿螺钉电磁超材料及其性能研究

邓开鑫, 宋军, 方儒轩, 宋波

机械工程学报. 2026, 62(3): 248-259. https://doi.org/10.3901/JME.260083

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4D打印为电磁超材料提供了多材料和多维度的制造能力，借助材料对外界刺激的响应，可充分发挥其动态可调谐性和多功能集成的优势。以工程机械中的螺钉为仿生结构原型，用CB/PLA复合线材作为电磁损耗基体，CB/TPU-PLA复合线材为4D智能材料基底，利用熔融沉积成型(FDM)技术设计并制造了功能基元序构的4D打印仿螺钉电磁超材料。研究了多材料组合和结构几何参数对电磁超材料吸波性能的影响，并揭示其宽频吸收机制。仿真和实测结果表明：电磁超材料的有效吸收频宽(EAB)高达36.95 GHz，最小反射损耗为-33.26 dB；在入射角θ=0～60°的范围内具有优异的广角吸收特性(EAB≥ 34.66 GHz)。此外，电磁超材料还表现出优异的形状记忆性能，30 s内的形状回复率＞90%。仿螺钉电磁超材料有效吸收频带广，兼具良好形状记忆特性，为智能电磁防护、自适应隐身等应用提供新方案，助力电磁超材料向多功能集成化发展。

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高固/低粘光固化陶瓷浆料制备与性能研究

黄传真, 张仁凯, 王真, 徐龙华, 黄水泉, 曲美娜, 许征凯, 张迪嘉, 郭保苏, 靳田野, 王晓丹

机械工程学报. 2026, 62(3): 260-270. https://doi.org/10.3901/JME.260084

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随着增材制造技术在陶瓷材料制备领域的快速应用，开发具有高固相含量、低黏度的光固化陶瓷浆料成为多种陶瓷材料复杂结构增材制造的关键内容。以Si₃N₄基陶瓷复合材料为对象，系统研究高固/低粘多元复相陶瓷浆料的制备与性能优化。概述了浆料体系的设计思路，包括树脂基体配方、颗粒级配策略和添加剂优化：设计HDDA、TMPTA、ACMO与EA混合树脂(质量比1:1:1:1)；采用陶瓷颗粒粒径级配策略(颗粒质量比1 μm:0.5 μm:50 nm=0.17:0.67:0.16)；优化硅烷偶联剂KH560含量(质量分数为陶瓷颗粒总质量的5%)、分散剂BYK110含量(质量分数为陶瓷颗粒总质量的4%)、稀释剂NMP含量(质量分数为树脂质量的20%)。最终实现浆料流变性和可打印性全面提升，在55.56%固相含量下浆料黏度0.79 Pa·s、触变性553.1 Pa/s、屈服应力28.9 Pa；KH560、BYK110和NMP的添加，使浆料固相含量达到74%时，黏度降至3.87 Pa·s。本研究为高性能陶瓷零件增材制造适用浆料的制备提供了理论与技术支撑。

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面向空间极端环境的聚醚醚酮及其复合材料真空3D打印工艺机理与性能

刘腾飞, 杨腾锐, 田小永, 吴玲玲, 李涤尘

机械工程学报. 2026, 62(3): 271-281. https://doi.org/10.3901/JME.260085

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聚醚醚酮及其复合材料具有优异的空间环境适应性，在太空3D打印领域应用潜力巨大，而实现太空3D打印的关键是解决空间极端环境条件，特别是高真空环境带来的挑战。本研究开展聚醚醚酮(Polyether ether ketone，PEEK)及其短切碳纤维增强复合材料(SCF/PEEK)真空3D打印研究，揭示了真空抑制散热与微孔热膨胀传热传质机理对力学性能的影响规律。真空辐射散热主导，降低熔体凝固速率，改善了分子取向运动与层间扩散，使得真空PEEK与SCF/PEEK的结晶度分别由常压的14.9%与25.2%增加到27.8%与30.5%，Z向拉伸强度较常压分别提升了212.5%与295.9%。然而，SCF/PEEK丝材存在较多的原始微小孔隙，在真空压差驱动下生长膨胀，导致孔隙率增加，真空纵向与横向拉伸性能下降，而PEEK丝材孔隙少，熔体在真空缓热作用下充分流动，使得孔隙率降低，真空纵向与横向拉伸性能获得提升。该研究能够为太空3D打印在轨验证提供理论指导，对于实现空间构件的在轨原位制造具有重要意义。

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曲面共形微米电路机械臂气溶胶喷射打印与原位激光烧结研究

丁毅, 徐辰雨, 贺健康, 岳峻宇, 鱼琨, 李家欣, 霍子瑶, 李涤尘

机械工程学报. 2026, 62(3): 282-297. https://doi.org/10.3901/JME.260086

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曲面共形电路凭借其可直接贴合目标曲面基底，实现电子器件空间排列的多功能化与高集成化的独特优势，在可穿戴电子、生物医疗、航空航天等多个领域展现出重要的潜在价值。为系统解决复杂曲面共形电路制造中存在的灵活性差、打印精度低以及后处理限制等问题，提出了一种基于六轴机械臂的曲面共形微米电路多自由度气溶胶喷射打印与原位激光烧结一体化制造方法。六轴机械臂集成了气溶胶喷射打印与红外激光烧结模块，通过构建多线程控制架构实现了灵活的路径规划与打印物理量同步控制。为实现对气溶胶喷射打印曲面共形微米电路的功能化，提出了一种多自由度的曲面共形原位激光烧结方法，得到了优化的激光烧结工艺参数，实现了25～100 m^-1 大曲率变化以及400 mm×190 mm大幅面范围曲面共形电路的高精度打印和高导电性烧结，电路最小线宽优于50 μm，电阻率低至6.53×10^-8 Ω·m。进一步的，验证了该组合工艺流程适用于热变形温度在60～360 ℃的不同聚合物曲面基底，成功实现了空间双螺旋模型表面-20°至+30°大倾角范围共形传导电路以及曲面叶片模型表面8通道共形温度传感电路的直接制造。本研究突破了复杂曲面共形微米电路在制造灵活性与功能化方面的关键技术瓶颈，为曲面共形电子系统的快速制造提供了一种高效、可靠的解决方案。

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基于气/电/热协同驱动喷射微3D打印低成本制造高精度共形薄膜

王勇强, 张厚超, 黄君杰, 李红珂, 朱晓阳, 杨建军, 兰红波

机械工程学报. 2026, 62(3): 298-310. https://doi.org/10.3901/JME.260087

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高精度曲面共形薄膜/涂层是三维曲面共形电子、结构健康监测、智能蒙皮、共形传感器等产品的重要组成部分，广泛应用于航空航天、国防军工、智能电子等领域。但高效、低成本、常温常压制造高精度共形薄膜仍是当前亟待突破的难题。提出一种三轴联动的气/电/热协同驱动喷射微3D打印高精度共形薄膜新方法：通过气压驱动材料进入喷头，压电撞针协同喷头加热实现高黏度材料微滴稳定喷射，基底加热调控微滴在曲面的沉积固化行为，最终实现高黏度材料高精度共形薄膜制备；以工业界广泛应用的聚酰亚胺(PI)材料为例，探究了适合所提方法打印材料的流变行为和黏度特性；通过实验揭示了主要工艺参数对共形薄膜制备稳定性、厚度均匀性以及表面质量的影响及其规律。结合优化的工艺参数，在半圆柱玻璃基底上制得平均厚度约22 μm，偏差小于2 μm的高精度PI曲面共形薄膜；该方法适合不同黏度材料(PI、氧化锆陶瓷、PDMS等)，可在多种基底材料(玻璃、树脂、金属等)、多种复杂曲面基底形状(如球面、阶梯面、波浪面等)上制备高精度共形薄膜，具有良好普适性。制备的曲面薄膜加热器在14 V电压下最高温度达144.3 ℃，加热区域温度偏差<2%，显示出高度均匀的加热效果。提出方法为常温常压条件下高效低成本制造高精度共形薄膜/涂层提供了一种具有工业化应用前景的全新解决方案。

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柔性机器人刚度调制策略研究综述

潘雪婷, 杨飞, 耿中泰, 岳洪浩, 徐金随, 王哲平

机械工程学报. 2026, 62(3): 311-339. https://doi.org/10.3901/JME.260088

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柔性机器人拥有较多的自由度，可以通过驱动进行灵活变形，其固有的柔顺性使其能以较低的风险适应复杂的环境，在生物医疗、管道维护、水下救援等诸多领域具有广阔的应用前景，已成为机器人技术领域研究的热点之一。然而，柔顺性带来的低刚度问题使其难以在高负载的条件下支撑和操纵物体。受自然生物的启发，研究人员将可调刚度元件和材料引入柔性机器人中，使其可以在刚性和柔性两种状态之间交替切换，提供了一种兼顾柔顺性和刚度保持的有效方法。对柔性机器人刚度调制研究工作的最新进展进行了系统阐述，包括刚度调制采用的方法以及方案构型。根据刚度调制原理的不同将其划分为：基于智能材料的刚度调制、基于结构的刚度调制以及基于干扰的刚度调制。同时还介绍了多种刚度调制方法的结合，特别是将干扰结构和折纸技术相结合的变刚度策略。随着材料科学与机械结构技术的发展，承载能力强、灵活性高、轻量化的可调刚度柔性机器人将成为未来机器人领域的重要研究方向。

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面向非平整地形的六足机器人自由步态规划

焦鑫, 李满宏, 赵政阳, 张艳, 张明路

机械工程学报. 2026, 62(3): 340-352. https://doi.org/10.3901/JME.260089

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非平整地形上的自由步态规划影响着六足机器人探索未知复杂场景的运动性能与作业效能。围绕局部地形感知表征、动静态稳定性评价、自由步态规划等问题，通过研究借鉴六足生物跟随地形稳定柔顺运动机制，利用足端与地形离散交互特性，融合足端位置状态描述与地形特征点迭代整合策略，建立了基于足端位置的局部地形量化表征方法；通过探究支撑足多边形和单足可达区域对机器人稳定状态的影响规律，提出了空间维度的静态稳定裕量与时间维度的动态稳定裕量以描述机器人动静态稳定性，建立了机器人动静态稳定性判据及量化评价方法；提出了基于特征平面切换的自由步态生成思想，以特征平面、动静态稳定裕量、支撑足编号虚拟队列为落足空间与转换时序提供参考，制定了系列足端位置状态转换规则，建立了面向非平整地形的六足机器人自由步态规划方法。实验结果表明，采用提出的自由步态规划方法，六足机器人能够规划出适宜的自由步态，并稳定运动于非平整实验地形。

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基于稳定夹持的类球形果实采摘末端执行器优化设计与试验

谭励, 余煌, 杜小强, 贺磊盈, 马锃宏

机械工程学报. 2026, 62(3): 353-365. https://doi.org/10.3901/JME.260090

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末端执行器的稳定夹持是采摘机器人精准可靠作业的关键技术之一。然而在农业非结构生长环境下，果实大小不一、形状各异，对于末端执行器的稳定夹持是重大挑战。针对类球形果实的稳定夹持问题，优化设计了一种联动驱动的三指双指节末端执行器。首先设计了末端执行器基本结构与参数，然后建立了双指节手指机构的正运动学模型，并基于果实包络稳定性建立了稳定夹持的多目标优化目标函数及约束条件，采用NSGA-II算法进行参数优化求解，并通过ADAMS仿真平台验证了所设计末端执行器运动规律的正确性，最后对不同大小和姿态的番茄果实进行了稳定夹持试验，试验结果表明，夹持不同大小形状的番茄果实时，果实相对于末端执行器的平均质心偏移量为4.30 mm，各指节夹持接触点的平均位置变化量为6.23 mm。所设计的末端执行器对不同大小姿态番茄的夹持适应性较好，能有效提升末端执行器的夹持稳定性，对采摘机器人的研发应用具有重要的理论与技术支撑。

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高抗干扰性的无力传感器工业机器人外力估计方法

郭万金, 利乾辉, 徐明坤, 侯旭栋, 刘孝恒, 曹雏清, 赵立军

机械工程学报. 2026, 62(3): 366-383. https://doi.org/10.3901/JME.260091

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为了解决工业机器人外力估计依赖于精确的动力学模型、抗干扰性差、精度低和可解释性不足的问题，提出了一种高抗干扰性的无力传感器工业机器人外力估计方法，实现了高抗干扰性机器人外力估计。首先，考虑关节摩擦力矩和外力影响建立了3T2R构型五自由度工业机器人动力学模型，并引入Stribeck摩擦-速度模型描述摩擦力矩的非线性特征；其次，利用自适应率增益参数优化的自适应超螺旋滑模广义动量观测器估计机器人关节外力矩，以提高关节外力矩的估计精度，降低对精确动力学模型的依赖，增强关节外力矩估计方法的可解释性；再次，利用雅可比矩阵建立机器人关节外力矩与机器人外力的映射关系，实现机器人外力估计；将所提方法与自适应超螺旋滑模、超螺旋滑模和一阶广义动量观测器方法进行对比实验分析，以关节1为例，所提方法与真实关节外力矩的平均绝对误差减小了12.9%、39.9%和57.9%，并利用所建立映射关系获得机器人外力估计，所提方法具有更高的估计精度，验证了所提方法的有效性；最后，施加同一随机扰动后将所提方法与一阶广义动量观测器方法进行对比，所提方法与真实关节外力矩均方根误差增大了1.5%，而一阶广义动量观测器方法增大了43.3%，验证了所提方法具有更强的抗扰性。[①]

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被动双足机器人的吸引盆内部拓扑结构

高建设, 暴雨萌, 宛磊, 刘强, 丁顺良, 饶晓波

机械工程学报. 2026, 62(3): 384-395. https://doi.org/10.3901/JME.260092

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被动行走机器人全局动力学特性研究集中于探索吸引盆的形态变化，而对于盆内状态点的动态演化分析则较为薄弱。为此，以圆弧足被动行走机器人为研究对象，采用胞映射和点映射算法系统分析了吸引盆内各点的收敛步数，揭示了盆内部复杂的拓扑层级结构，并明确区分了引发机器人前倒和后倒的状态区域。此外，在ADAMS中对机器人样机的稳定行走和跌倒行为进行动力学仿真，验证了数值计算的正确性。随后，利用分岔图、Floquet乘子图及Lyapunov指数图等非线性数值工具，深入分析了机器人在不同参数条件下盆内部拓扑结构的演化过程。研究结果表明，机器人的吸引盆被引发前倒的状态区域包围，被动行走步态按照环绕的方式不断收敛到稳定状态；具有过高支撑腿角度以及过小支撑腿角速度的机器人极易后倒，反之前倒；随着斜面角度的增大，吸引盆的内部拓扑结构更加复杂，盆内各状态点的平均收敛步数与该点Floquet乘子的最大模量变化一致。上述分析结果有助于了解机器人吸引盆的内部演化机理，可为机器人行走初值选择及动态控制提供参考。

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非结构化地形环境下移动机器人导航

赵浩宇, 侯鹏帅, 陈星全, 邵宇乐, 董奇, 陈杰

机械工程学报. 2026, 62(3): 396-406. https://doi.org/10.3901/JME.260093

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移动机器人在二维结构化地形下的自主导航已取得显著进展，但在三维非结构化环境中的导航应用仍面临诸多挑战，如难以准确反映地形特征以及路径规划难以穿越障碍等。为此，提出一种针对非结构化地形环境的移动机器人导航框架。首先，将三维栅格地图表面点进行局部平面拟合以捕捉地形细节特征，并对周围地形进行评判与可穿越性分析，为导航决策提供定量依据。其次，基于Informed RRT*采样规划方法，设计考虑地形可穿越性的代价函数，提出一种新的非结构化地形全局路径规划算法IRRT*-TFP，通过二维平面采样搜索、三维空间优化的方式，有效利用地形信息准确规划的同时减少计算复杂度。最后，采用改进的动态窗口方法DWA-KPS进行局部规划，通过对全局轨迹增密及添加轨迹相似度评价函数等方法，有效解决移动机器人偏离全局规划而陷入危险地形等问题，提高导航质量和安全性。通过对IRRT-TFP算法和DWA-KPS算法的实验验证了所提出算法在崎岖复杂的非结构化环境中自主导航的有效性。

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考虑热-机械载荷的航发齿轮传动系统疲劳可靠性分析方法

路凯屹, 王曾, 王宪良, 卢泽华, 刘怀举

机械工程学报. 2026, 62(3): 407-419. https://doi.org/10.3901/JME.260094

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齿轮传动系统是航空发动机的重要部件，长期处于热-机械载荷作用环境，其疲劳可靠性成为制约整机服役性能的关键因素。然而，现有航发齿轮传动系统可靠性评估方法没有考虑热-机械载荷的协同作用，难以准确评估热-机械载荷作用下齿轮传动的疲劳可靠性。考虑温升引起的疲劳强度衰减和载荷谱效应，提出了基于“疲劳寿命-运行历程”干涉的航发齿轮传动系统疲劳可靠性分析方法。发现相比于仅考虑机械载荷，热-机械载荷作用下传动系统关键构件的疲劳损伤有显著差异；进一步通过选取高强耐热钢的齿轮材料，显著提高了传动系统的疲劳可靠性。

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基于非线性岩石模型的凿岩机钻进动力学分析和实验

马威, 王阔, 张健, 姜鑫, 吴文章

机械工程学报. 2026, 62(3): 420-434. https://doi.org/10.3901/JME.260095

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介绍了液压凿岩机的结构。结合非线性岩石模型，将凿岩机钻进岩石的过程，建立四自由度力学和数学模型。研究了粘滞和非粘滞模式，解释了这两种运动类型之间的差异。将液压作用力的角频率、振幅和垂直偏移量作为控制参数，进行了单参数延拓分析，发现了倍周期分岔、鞍结分岔和环面分岔。介绍了液压凿岩机钻凿岩石的数据采集系统，比较了模型和实验测得的液压作用力、活塞位移和活塞速度。结果表明，为了使凿岩机工作在周期-1轨迹，应该选择角频率的范围为2.09 < ω < 5.327，振幅的范围为0.012 < a < 0.746和0.005 < a < 1，垂直偏移量的范围为0.093 < b < 0.25。实验和模型的液压作用力具有相同的运行趋势，模型的活塞位移和速度大致位于“实验均值±标准差”的范围内，模型较好地模拟了实验结果。

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仿海马外骨骼六边形结构设计及其低频隔振特性

王尚文, 凌鹏, 马洪业, 武传宇, 严博

机械工程学报. 2026, 62(3): 435-445. https://doi.org/10.3901/JME.260096

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随着航天装备的大型化与轻质化，在复杂激励下诱发的低频振动已逐步成为影响其精度、稳定性与可靠性等指标的关键所在。受海马外骨骼在强烈外部冲击下能够有效保护其脊椎的生物力学原理启发，设计了一种仿海马外骨骼的六边形隔振结构。建立其动力学理论模型，系统研究了结构参数对仿海马外骨骼六边形结构静态刚度和承载能力的影响规律。基于拉格朗日方程建立了系统的动力学方程，基于谐波平衡法获取了近似传递率，研究了结构参数对隔振结构低频隔振性能的影响规律。设计并搭建了实验系统，验证了仿海马外骨骼六边形隔振结构动力学模型及其低频隔振性能。结果表明，仿海马外骨骼六边形隔振结构具有较大的准零刚度工作区间，通过结构参数调节可以获得1.9 Hz的峰值频率，在低频段具有较好的隔振效果。本研究对于仿海马外骨骼隔振结构的设计与研制具有一定的指导意义。

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基于改进蜣螂优化算法的轴承数字孪生模型的动态故障注入研究

刘素艳, 董一林, 乔一鸣, 马增强

机械工程学报. 2026, 62(3): 446-457. https://doi.org/10.3901/JME.260097

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在实际应用中，故障样本的缺乏和故障样本类别的不平衡往往限制了诊断的有效性。为了解决轴承故障样本不平衡的问题，文中设计了一种基于动态故障注入的数字孪生系统，该系统不仅能够反映正常运行状态，还能生成不同故障的样本。系统分为代理模型部分和参数识别部分：代理模型部分采用故障点冲击响应的二自由轴承动力学模型，利用四阶变步长龙格－库塔法进行仿真计算，生成模拟振动数据；参数识别部分将原算法与Chebyshev混沌映射、黄金正弦策略与自适应权重因子方法相结合并改进其适应度函数，提出改进的蜣螂优化算法，该算法可以通过实测振动数据识别动力学参数，构建数字孪生系统，实现动态故障注入。通过实验证明，该系统生成的故障数据相比于使用逆物理信息神经网络、CycleGAN和GAN生成的数据，具有更高的准确率。另外，通过该系统扩充外圈故障数据后，诊断模型的整体诊断准确率提高了8.9%，外圈故障的诊断准确率提高了26.7%，分别达到99.8%和99.5%，为滚动轴承故障诊断中故障样本不均衡问题提供一定的参考。

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面向铅酸蓄电池的未来工厂适应性数据模型体系及关键技术研究

程鼎豪, 胡炳涛, 冯毅雄, 杨晨, 王飞, 袁富邦, 汪勇, 谭建荣

机械工程学报. 2026, 62(3): 458-478. https://doi.org/10.3901/JME.260098

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随着制造业对电池定制设计、智能制造和绿色循环的要求不断提高，如何在生产过程中适应客户个性化需求、多学科协同设计、智能化灵活生产和绿色化循环回收的要求，成为铅酸蓄电池工厂转型升级需要解决的关键问题。因此，分析了数据与模型在工厂转型升级中的作用，提出了一种面向铅酸蓄电池的未来工厂适应性数据模型体系，阐述了该体系涉及的四类关键技术，包括适应客户个性化需求的定制设计、适应多学科协同设计的虚实交互、适应全流程智能生产的管控追溯和适应绿色化循环回收的工艺升级。以铅酸蓄电池的全流程生产信息追溯为例，分析了计算机视觉等技术在生产管控追溯中的应用，证明所提方法的有效性，并对以铅酸蓄电池为代表的新能源企业未来工厂发展进行展望，为国内新能源行业的转型升级提供了参考。

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面向数字孪生的采煤机滚筒实时截割载荷模型研究

王世博, 葛世荣, 管增伦, 周士林, 王丽杰, 李雪峰, 王赟, 袁晓明, 马广军

机械工程学报. 2026, 62(3): 479-491. https://doi.org/10.3901/JME.260099

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数字孪生是实现以采煤机为核心装备的综采工作面智能化运行的关键技术。采煤机滚筒截割是采煤机与煤岩环境动态耦合过程的首要环节，建立准确的滚筒截割载荷模型是构建采煤机高保真数字孪生模型的关键。综合考虑采煤机牵引运动、摇臂调高运动和滚筒转动，建立了采煤机滚筒齿尖运动轨迹方程，分析获得了截齿截割厚度、滚筒截割煤岩区域角等单齿截割载荷计算的必要参数。利用单齿截割力计算方程建立了滚筒截割负载模型，实现了滚筒转速、采煤机牵引速度、滚筒与煤岩界面相对位置等采煤机不同动态工况参数下的截割载荷实时计算。利用截割载荷模型初步构建了采煤机数字孪生系统，仿真分析了不同工况下的滚筒截割负载。研究结果表明：滚筒截割扭矩和截割力F_x受工况参数影响较大，而截割力F_y受工况参数影响较小。利用18201工作面历史运行数据，对采煤机滚筒截割负载模型进行了验证测试，发现恒速和变速牵引工况下截割扭矩的仿真值与测量值的平均误差分别为6.85 kN·m和6.36 kN·m，截割扭矩的仿真值与测量值包括7个本征模态函数(Intrinsic mode function, IMF)分量和一个残余项，且各IMF的频率范围和幅值变化非常相似，表明所建立的截割负载模型在频域内能够较为准确地对采煤机截割负载进行仿真。

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基于少样本特征提取与互引网络的产品专利知识挖掘与专利推荐方法

王佐旭, 李明睿, 张牧野, 刘继红

机械工程学报. 2026, 62(3): 492-504. https://doi.org/10.3901/JME.260100

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针对复杂工业产品创新设计中知识挖掘不深入、知识重用效率低的问题，提出了一种基于少样本特征提取与互引网络的产品创新设计专利知识挖掘与推荐方法。首先将专利知识以领域(Domain，D)、功能(Function，F)、技术(Technology，T)三类特征进行建模，构建专利特征空间，同时提出少样本专利数据标注规则，从大量专利文档中筛选部分专利进行特征标注；其次，使用标注的少样本专利特征微调变换器的双向编码器表示(Bidirectional encoder representations from transformers，BERT)模型，实现专利特征实体的自动化识别和标注，进一步使用图神经网络对专利的互引关系网络进行表示学习；再次，使用微调后的BERT模型识别并提取输入设计问题或任务书中的特征实体，将设计问题或任务书向量化表示，并计算与专利的余弦相似度以获取专利推荐列表；最后，采用Django框架开发了产品创新设计知识挖掘与推荐原型系统，并以汽车挡风雨条为例进行了验证分析，证明了所提方法的有效性。

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2026年, 第62卷, 第3期　
刊出日期：2026-02-05

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