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總部激光加工與測量系統實驗室制造與材料技術部（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，負責公司技術創新的指導教育工作，等價于SixSigma的MBB。]

高級研究員，2012.7至今  中國科學院寧波材料技術與工程研究所

學術兼職

美國ASME微納米加工技術委員會主席

中國機械工程學會特種加工分會常務理事

中國及浙江省3D打印產業聯盟副理事長

寧波市機械工程學會副理事長

研究領域

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，應用于提升加工件的應力分布和疲勞強度。（3）智能能量場制造與創新方法論的系統化研究，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）發明微尺度激光沖擊強化技術（LSP），設計出新一代激光沖擊強化技術方案: LSP技術于上世紀八十年代發明于美國，主要用于提高飛機發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），產生高溫致密等離子體，等離子體迅速膨脹，產生沖擊波，沖擊波耦合入金屬工件，導致工件的塑性變形，從而引發處理區的壓應力分布（參見后文圖1）。

統LSP技術的特點是將高能脈沖（一般大于1焦耳）穿過側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），激光重復頻率一般低于10赫茲，可稱為大光斑LSP技術，物理模型一般假設平面型沖擊波。我在哥倫比亞大學攻讀博士期間（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， 實現了LSP效應，發明了微尺度LSP技術，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，等離子體區域，金屬層的五層結構四種物態（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，不需要額外監測數據，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應力建模分析，包括大面積處理的應力疊加分析。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的應力場；利用納米壓痕技術以一微米分辨率測量了硬度和應變分布，加上表面變形的幾何測量，驗證了上述物理模型和應力模型的可靠性。上述工作和相關文章基本奠定了該方向的物理模型和實驗基礎。課題組申請了發明專利（WO/2003097291）；我的Microscale LSP文章在ASME期刊發表，引用達75次以上。試驗證明，微尺度LSP技術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已經在全球許多研究單位成為重要研究方向。相對于傳統LSP，該工藝大大提高了工藝的分辨率，穩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大光斑LSP技術，已經用于GE多種型號發動機的葉片生產中，在相關理論分析、工藝可靠性和應用方面居世界領先地位。加入GE后，我深入研究了大光斑LSP技術的諸多細節，結合微尺度LSP的研究，對當代LSP工藝的優缺點進行了長期思考。我建議，我國應該盡快開展新一代LSP技術研究，從而徹底解決目前LSP技術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，高風險，高成本等，技術方案見工作設想部分）。我對LSP技術了解深刻全面，計劃率領團隊為我國的LSP技術快速趕超世界先進水平做出貢獻。

2）在飛機發動機的先進打孔技術（冷卻孔，異型孔，超深孔）方面取得一系列創新成果：發動機的冷卻孔可以有效地提升所用高溫合金結構的適用溫度極限，飛機發動機先進的孔加工被譽為制造業皇冠上的明珠。發動機打孔技術是GE世界領先的發動機產品的重要支柱。超深孔和常規冷卻孔是發動機葉片的必須結構，而三維異型孔是目前業內競爭的最前沿。我自2005年開始參與并領導一系列發動機孔加工課題，在異型冷卻孔，異型超深孔加工領域取得一系列創新成果，是研發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較大，表面粘接嚴重，需要后續處理。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。我率領的課題組發明了新工藝，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）

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

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

3）攻克了特種復合材料激光去除加工的多種質量難題：自2007年開始，我進行了一系列復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。所涉及材料包括風電用的碳纖維復合材料，發動機腔體用的減噪音結構（Engine Cabinet Acoustic Hole），以及尖端飛機用復合材料的多種功能結構加工。激光復合材料加工必須解決熱效應問題和加工速度問題。某些尖端復合材料，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。我領導課題組開發出了新型激光加工工藝，攻克了此類尖端復合材料激光加工的一系列難題，如表面撕裂，內部微裂縫，大深度加工等，應用于深槽加工，安裝孔加工，冷卻孔加工，復合材料葉片切邊等；所加工材料的疲勞強度優于金剛石刀具加工的樣品，將被下一代飛機發動機定為生產用工藝。（注：鑒于公司政策，這類成果不公開，文獻無法體現）

4）建立了激光微納米加工平臺并在多個項目中應用：激光微納米加工的應用日益廣泛。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揮重大作用。項目包括超離水性結構的激光直接加工，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，我率領課題組進行了激光微槽加工，用于微槽冷卻和熱管（Heat Pipe）結構。銅的傳熱系數約為400W/MK，而我發明的新結構熱管達到了驚人的15000--20000 W/MK的熱導系數。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，已經申請專利，我是主要發明人之一。

用皮秒激光器在重載軸承機構上添加激光織構，摩擦系數相對光滑表面減少20-50%；在葉片上實現了微肋條結構，風阻減少5-10%。此類摩擦減阻結構雖然早有人研究，但激光工藝方面存在多個障礙，如表面突起需要后續加工，熱影響區可能降低疲勞壽命等。我發明了水助激光微細加工技術，消除了二次加工的必要性；更進一步地，在加工區可以產生壓應力而非通常的拉應力，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，現擔任ASME微納米加工技術委員會副主席。

學術成果

出版著作：

長篇科幻小說《地球母親的節日》（220頁），海洋出版社，1997.9

發表文章：

1.  Wenwu Zhang Intelligent Energy Field Manufacturing –Interdisciplinary Process Innovations （720頁）學術專著，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)，第一發明人（US7667157B2）USA

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

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

5. 張文武.System and method for tube bending （關于彎管的系統與方法）第一發明人（US7231798B2）USA

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

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

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

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

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

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

12.張文武.陣列式風力發電裝置及陣列式風力應用系統，第一發明人。 重大發明。中國200920299019.5

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

14.張文武.并行精密加工方法和系統，第一發明人，重大發明. 中國200910247871.2

15.張文武,多功能層狀激光加工頭，第一發明人.

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，Flexible 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"