绿色化是实现工业化的重要标志，工业绿色发展已成为国际社会的大势所趋、潮流所向，是我国建设生态文明的必由之路，是建设制造强国的内在要求。随着高新技术产业不断发展，轻量化机械装备对高性能复杂形状薄壁构件的产品质量和制造周期提出了更加苛刻的要求，如何大幅提高制造业绿色化、低碳化水平，节约能源资源和促进循环经济发展成为实现国家“2030年碳达峰、2060年碳中和”战略目标的关键所在。
在此领域，山东大学机械工程学院李燕乐教授带领团队，围绕柔性绿色成形制造的基础理论、工艺方法和装备研发等方面开展了多年的研究工作，取得了一系列创新性科研成果并推广应用。近年来，共主持科研项目20项，其中国家级项目6项，省部级项目4项，行业领军企业委托项目10项；共发表SCI/EI论文80余篇，授权国内外发明专利55项，软件著作权5项；出版专著1部；获中国机械工业科技进步一、二等奖各1项，山东省省机械工业科技进步一等奖3项；先后入选徐州市“双创计划”人才、山东省泰山学者青年专家等。
砥志研思，敢为人先
高性能、高质量的薄壁板材构件是机械装备轻量化的结构部件和重要功能部件，在交通运载（汽车、轨道交通工具、船舶）、航空航天、能源装备和医疗等领域有着广泛的应用，如航天领域的火箭筒体壁板、整流罩，航空领域的飞机蒙皮，汽车及轨道交通中的钣金，船用散热翅片，医疗中的颅骨、额骨修复体等。同时，各领域新产品层出不穷，更新换代频率极高，对产品的设计研发周期也提出了更为苛刻的要求。传统冲压成形技术的成形工序主要包括弯曲、拉伸、翻孔、翻边、胀形、缩口等，具有零件质量稳定、一致性好等优点，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。然而，随着航空航天等高技术产业的迅速发展，现有的成形技术因模具制造费用高昂、设计与调试周期长，严重制约着板材制造业的生产水平。因此，需要研发新型板材快速柔性成形工艺及装备。
李燕乐于2015年博士毕业于澳大利亚昆士兰大学，师从机械与采矿学院副院长Paul Meehan教授，主攻研究方向为柔性成形制造。柔性渐进成形类似于3D打印，将复杂的三维模型沿高度方向进行离散，分解成一系列的二维断层面，利用计算机数控（CNC）系统控制通用成形工具，将板材分层进行加工，实现了目标形状的制造。与冲压等传统成形方式不同，渐进成形过程的特点是在任何时候材料只有小部分处于变形状态，局部变形的区域随着板材和工具头的相对移动在整个板材上移动，最终获得所需的几何形状，具有成形极限高、开发周期短、经济成本低、适用定制化生产等优势，极大地丰富了板材成型手段，然而，传统柔性成形技术中表面质量、精度及成形能力不足等问题严重限制了其工业化广泛应用。
所谓“心事浩茫连广宇，于无声处听惊雷”。面向国内对高性能、轻量化、变批量复杂形状薄壁板材构件更高的质量需求，李燕乐博士毕业后毅然选择回国，决心为国内柔性成形技术的研究与应用贡献力量。回国后，他任职于山东大学机械工程学院，并在山东大学材料学院赵国群教授的指导下完成博士后研究工作，现为李剑峰教授泰山学者团队-山东大学可持续制造研究中心核心成员。自2015年任职以来，李燕乐教授分别于2016、2019、2022年连续3次首次申请获批国家自然科学基金项目，并获得2个国防项目支持，在突破传统柔性成形中表面质量、精度及成形能力不足等问题方面做了富有成效的工作，学术创新思想得到了同行的普遍认可。
自主开发的大型双面柔性成形装备
李燕乐教授先从基础理论研究着手，率先建立了基于真实物理变形机制的成形力快速预测理论模型，解决了传统有限元模型预测方法耗时、费力的行业共性难题，并系统阐述了柔性成形过程中剪切、拉伸以及弯曲复合变形机制，为实现成形性能调控奠定了基础。与此同时，针对铝合金、钛合金等高强铝合金成形质量差、成形能力不足等问题，提出了多能场（超声能场、热场、超低温）辅助调控成形性能的系列方法，实现了金属板材柔性成形全局成形误差由2mm降低至0.3mm的突破，技术指标达到国际先进水平，有效解决了当前成形技术表面质量不均匀、残余应力大及成形性能不足等难题，大大拓宽了柔性成形的应用前景。此外，针对航空航天曲面构件减阻降噪的应用需求，李燕乐教授基于柔性成形技术创新性地提出了金属构件宏微一体柔性成形新工艺，实现了金属构件宏观形貌及其表面功能微织构的一体化制备，满足了表面微织构几何精度成形误差小于8%的应用需求，大大降低了大面积表面微织构的加工成本。
在产学研融合方面，李燕乐教授始终坚持科研工作“顶天立地”的精神，积极与多个高校、企业建立长期稳定的合作关系，推进了柔性成形技术的工业化应用。其中，李燕乐教授与北京航空航天大学合作研发了国内首台大型双面柔性成形设备，关键指标达到了国际领先水平；与南京航空航天大学共同承担了173基础加强重点项目，旨在推动柔性成形技术在航空航天领域的落地应用。
直面挑战，求索创新
随着高端装备关键部件服役工况日趋复杂苛刻，对构件表面的耐磨、耐高温、耐蚀和抗氧化等性能不断提出了的挑战。例如，盾构机作为国民经济建设的重大装备，为保证主轴承的高承载能力和高可靠性，特别要求主轴承具有高强韧、高耐磨的特性，而如何延长盾构机主轴承的使用寿命、降低其生成成本和维修成本成为绿色制造领域的关键问题。
李燕乐教授紧密围绕企业需求，积极响应山东大学服务山东战略，近年来开展了面向复杂曲面构件再制造关键技术的基础理论、工艺方法和应用技术研究工作，在复杂曲面构件再制造关键技术领域取得突破性进展，解决了部分构件在苛刻服役条件下寿命短、性能不足等痛点问题。
在产学研融合方面，先后与济南重工、潍柴动力、豪迈集团等开展了“盾构机主驱动关键部件故障诊断及再制造修复技术开发”、“发动机连杆高速激光熔覆再制造关键技术研发”以及“面向轮胎模具对磨件的激光熔覆-渗硫耐磨涂层制备”等项目合作，提出了金属增韧陶瓷改性的切向渐变涂层设计方法，研发了新型微/纳陶瓷相增强金属陶瓷复合涂层，所制备涂层耐磨性提高了70%。同时，建立了成套涂覆成形工艺方法和应用技术体系，使涂层的制备效率提升5-10倍。有效解决了构件表面耐磨性差、使用寿命短等实际应用问题，经济效益和社会效益显著。以上产学研合作成果先后获中国机械工业科技进步一等奖、二等奖以及山东省科技进步二等奖。
为了切实解决企业技术难题，提升再制造产品质量，李燕乐教授本着“实践出真知”的精神，多次带领团队成员前往企业现场进行调研，并结合大量的前沿科技追踪进一步明确技术难题的关键所在，最终才能立足实际需求，不断完善和发展研究成果，得到了多家应用单位的一致认可。也正是这种直面现实挑战的精神，才能让李燕乐团队一直富有创新性和科研活力，使科研成果真正为助力国家绿色低碳高质量发展做出贡献。
团队科研成果助力盾构机升级再造
脚踏实地，仰望星空
李燕乐教授始终着眼于航空航天等高技术产业的最新发展需求，在未来的研究中，针对新一代飞行器产品中含加强筋、凸台和点阵结构等局部特征的非拓扑展开构件制造效率低、成本高等问题，提出了复杂曲面薄壁构件渐进-增材复合制造新技术，目前已初步完成实验平台的搭建。
该技术以提高航空航天曲面构件成形精度及服役性能为核心，将板料柔性成形与金属增材制造有机融合、相互促进。首先进行激光辅助板材柔性成形实现构件宏观曲面构型成形，随之原位进行曲面构型约束下局部特征结构的激光增材制造，最终实现非拓扑展开复杂曲面构件的柔性一体化高效制造。将在航空航天领域的火箭筒体壁板、飞机结构件、发动机叶片等关键部件的研制中有着广泛的应用前景。
谈到科研团队建设时，李燕乐教授说：“团队的建设离不开前辈奠定的良好基础，所在团队在李剑峰、李方义等教授20余年工作积累下，已经成为国内绿色制造领域具有高度影响力的研究团队，我们年轻一代要勇于承担时代责任，为实现国家的双碳目标贡献力量！”谈到团队成员培养时，李燕乐教授说：“多让团队成员参加大型学术会议，领略领域内知名学者的风采，有利于给他们树立标杆，将科研强国的精神根植于他们内心，进而激励他们成长。”谈到未来的科研发展规划时，他表示：“在脚踏实地做科研的同时，也要时刻瞄准国际前沿科技和国家重大需求，这样才能在困境中取得突破。”相信李燕乐教授所走的这条“脚踏实地、仰望星空”的“柔性”+“绿色”的制造之路将充满希望，必将加快推动我国制造业低碳高质量发展！
团队成员参加全国表面工程大会
