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华南理工大学&浙江海洋大学：激光选区熔化熔池原位监测：压缩采样与深度特征提取 |…




















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华南理工大学&浙江海洋大学：激光选区熔化熔池原位监测：压缩采样与深度特征提取 | AMF论文推荐


机械工程学报
2026-07-29 17:26·北京·机械工程学报官方网易号

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2026年2期封底



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引用论文

Hanxiang Zhou, Yongqiang Yang, Vyacheslav Trofimov, Hui Li, Zibin Liu, Yunmian Xiao, Tuixin Chen, Changhui Song, In-situ quality monitoring in LPBF via melt-pool radiation: Compressive sampling and deep feature extraction, Additive Manufacturing Frontiers, Volume 5, Issue 2, 2026, 200269, https://doi.org/10.1016/j.amf.2025.200269.

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1研究背景及目的

SLM成形过程熔池高度瞬态且呈非线性，易诱使气孔裂纹等结构缺陷。熔池原位监测能够提供制造质量评估所需的过程信息，但高时间分辨率下的长时间连续监测会产生庞大的数据规模，给传输、存储及计算带来负担。因此，本研究拟构建一种兼顾低冗余、高效率与高精度的质量预测模型，为实现大尺寸零件全流程质量跟踪提供理论支撑。



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2论文亮点

1 熔池信号呈非高斯分布，少量主特征向量（>25%）即可包含主要信息（>95%）。

2 卷积模型均匀样本尺寸64×64的质量分类准确率可达92.7%。

3 基于随机高斯矩阵的稀疏观测会导致空间坐标信息坍缩，致使CNN模型的质量预测能力下降。

4 样本特征的高维映射（GP）能够提高稀疏信号的特征表达能力，于75%压缩率下实现92.4%的分类准确率。



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3试验方法

采用AlSi10Mg粉末（粒径分布22–53 µm）进行 SLM 成形，激光功率为260–340 W，扫描速度为800–1400 mm/s，扫描间距为80 µm，层厚为30 µm；搭建了熔池同轴原位监测模块并完成辐射信号采集，核心光学器件包括双向色分光镜、窄带滤波片（800 nm）、平凸透镜和光电二极管等。随后对试样进行线切割和抛光，通过3D 形貌仪、万能力学试验机、光学显微镜等仪器开展粗糙度、力学性能和微观结构等组织性能表征。



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4结论

SLM熔池信号具备稀疏性，满足压缩观测的需求，通过随机高斯矩阵可实现样本数据的低维表示。但轻量化卷积模型以等步长滑移进行特征遍历，无法实现稀疏信号关键特征的提取。通过高斯过程对稀疏信号特征进行高维映射，能够建立其在无限维希尔伯特空间的特征关联，提高非均匀样本的隐式特征表达能力，最终于75%压缩率下实现92.4%的分类准确率。稀疏采样有助于推动大尺寸SLM零件成形过程的长时间连续质量跟踪。



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关于团队

作者团队介绍

杨永强，华南理工大学教授，博士生导师。现任中国机械工程学会增材制造分会常务理事、广东省增材制造协会会长。在增材制造（3D打印）、激光材料加工等方面做了大量的研究工作，开发出Dimetal系列激光选区熔化金属3D打印设备，相关成果已经产业化。发表有关学术论文300余篇，专著8部，多次入选ESI高被引学者。申请专利360余件，其中授权发明专利65件，获省部级奖励4项。

宋长辉（通讯作者），华南理工大学研究员/博士生导师，国家级青年人才，广东省特支人才，现任中国激光制造技术与产业联盟理事、广东省增材制造协会副会长。针对激光与材料相互作用时间短、过程剧烈、成形质量难调控等行业共性难题，创新性引入多束激光组合，实现对熔池非平衡熔化凝固等复杂作用行为的主动调控，攻克了增材制造在效率、精度与产业化应用层面的一系列关键技术难题。主持国家级项目7项，省部级项目8项。一作/通讯在IJMTM、IJEM等制造类顶级期刊发表SCI论文60余篇，出版专著4本；第一发明人授权发明专利42件，累计授权发明专利90余件，其中24件专利已实现产业转化，入选IPRDAILY“2024中国30位高校专利转化运用杰出人才”，获中国专利优秀奖、广东省科技进步二等奖、北京市技术发明二等奖等国家省部级奖励5项，连续四年（2022-2025）入选斯坦福全球前2%顶尖科学家“年度影响力”榜单。多次指导学生获得中国国际大学生创新大赛国赛金奖。

周瀚翔（第一作者），博士毕业于华南理工大学，导师杨永强教授与宋长辉教授。现就职于浙江海洋大学海工学院，研究领域为金属增材制造工艺与过程监测，参与省部级项目2项，主持地方联合实验室项目1项。在MSEA、CJME等SCI期刊发表论文14篇，授权专利5项。

团队介绍：

团队是我国最早系统开展激光选区熔化（SLM）技术研究的团队之一，依托机械与汽车工程学院、国家金属材料近净成形工程技术研究中心等平台，研究方向覆盖增材制造装备开发、工艺优化到多领域应用全链条，核心方向如下：（1）金属增材制造装备研发：自主开发DiMetal系列激光选区熔化增材制造设备，覆盖从微型件到大尺寸构件的多规格机型，在装备集成、控制软件开发方面有深厚积累，相关技术已实现产业化。（2）增材与减材复合制造：针对需要高表面质量的复杂构件，开发增减材一体化制造技术，拓展工艺适用范围。（3）生物医学增材制造：在个性化医疗器械领域实现产业化落地，代表性成果包括个性化骨科植入物、个性化口腔修复体等，已完成产品研发与临床转化。（4）过程智能控制：围绕激光增材制造工艺，开展熔池多参数协同智能控制研究，解决热积累导致的成形稳定性问题，提升工艺一致性。

近年团队发表文章

1.Chen Yongqi, Song Changhui*, Chen Jiaqi, Yang Yongqiang, Hong Xiaobin, Additive manufacturing of ceramic-metal multi-material structures: technologies and applications. Composites Part B: Engineering, 2026, 113634

2.Song Changhui, Fan Wenjie, Liu Zibin*, Liu Xiaojun, Fang Pengfei, Yang Yongqiang, Zhang Shiqin, Li Nan, Achieving high efficiency and uniform microstructure via high-power thick-layer top-hat laser powder bed fusion. Journal of Manufacturing Processes.2025, 157:303-314.

3.Cai Weisi, Ma Hongwei, Chen Tao, Li Pengxu, Liu Sizhan, Song Changhui*, Li Xiaoqiang, Yang Chao*, Lamellar architecture and resultant two-way memory mechanism in NiTi alloy by magnetic field-assisted additive manufacturing. Acta Materialia, 2026: 121963.

4.Dai Lijin, Song Changhui*, Fu Houxiong, Chen Hongyi, Yan Zhongwei, Liu Zibin, Li Renyao, Wang Anming, Yang Yongqiang, Yu Jia-Kuo*, Recrystallization induced by heat treatment regulates the anisotropic behavior of CoCrMo alloys fabricated by laser powder bed fusion. Materials Futures, 2025, 4(2): 025001.

5.Dong Y P , Zhou C T , Wang D W ,et al. Achieving 1.5 GPa superstrong Ti-6Al-4V using cold plastic deformed powder feedstock and laser additive manufacturing. Journal of Materials Science & Technology, 2025, 233:144-153.

6.Liu Zibin,Xiao Yunmian,Yang Yongqiang, Lei, Haoyang; Liu Xiaojun, Dai Lijin, Li Nan, Liu Feng, Han Changjun, Song Changhui*, In-situ Ti-O-N reaction-induced nanoparticles for synergistic enhancement of mechanical and corrosion properties in laser powder bed fusion stainless steel. Virtual And Physical Prototyping.2025,20(1):e2551863.

7.Liu Baolin, Liu Zibin, Li Xianglong, Xiao Haokun, Deng Jingting, Li Shuxia, Yang Yongqiang, Liu Huilin, Song Changhui*, Experimental investigation of temperature field and formability of compact fused granulation fabrication barrel. Journal of Manufacturing Processes.2025, 134:697-708.

8.Lei Haoyang, Huang Yunlei, Xiao Yunmian, Liu Feng, Zhan Jie, Li Huixia, Zeng Jingsong, Yang Yongqiang, Song Changhui*, Enhancing comprehensive properties of Zr–2.5Nb fabricated via laser powder bed fusion through post-processing for medical implants. Additive Manufacturing Frontiers, 2026, 5(1): 200291.

9.Chen Jiaqi, Song Changhui*, Chen Yongqi, Chen Hongyi, Han Changjun, Yang Yongqiang, Wang Qiangbing, Wang Jianhua, Investigation of laser remelting to overcome the strength-plasticity trade-off of laser powder bed fused tantalum. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2025,133:107351.

10.Xiao Yunmian, Yang Yongqiang, Wang Di, Zhou Hanxiang, Liu Zibin, Liu Linqing,Wu Shibiao, Song Changhui*, In-situ synthesis of spatial heterostructure Ti composites by laser powder bed fusion to overcome the strength and plasticity trade-off. International Journal Of Machine Tools & Manufacture, 2024, 196: 104117.

11.Han Changjun, Wang Yunhui, Wang Zaichi, Dong Zhi, Li Kai, Song Changhui*, Cai Chao, Yan Xingchen, Yang Yongqiang, Wang Di*, Enhancing mechanical properties of additively manufactured voronoi-based architected metamaterials via a lattice-inspired design strategy. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2024, 202.

12.Xiao Yunmian, Song Changhui*, Liu Zibin, Liu Linqing, Zhou Hanxiang, Wang Di, Yang Yongqiang, In-situ additive manufacturing of high strength yet ductility titanium composites with gradient layered structure using N2. International Journal of Extreme Manufacturing, 2024, 6(3):035001.

责任编辑：李 娜

责任校对： 金 程

审 核： 张 彤

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