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理工陶瓷——工业级陶瓷增材制造产业引领者

01

学校：南京理工大学

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项目摘要

采用耐高温性能较好的陶瓷材料已成为各类发动机制造的一个发展趋势，激光选区熔化(SLM)技术将成为陶瓷热端部件的重要制造方法。

本项目针对涡轮转子、燃烧室等薄壁、多孔特征的复杂热端零部件，围绕陶瓷SLM成形中的裂纹抑制技术难题，创新的采用无粘结剂陶瓷浆料为原材料，研究激光-粉末、粉末-粉末相互作用机理，研究激光工艺参数、粉末状态、环境因素对熔池的影响规律，以及熔池状态演化与微观组织形成之间的内在关系，探明裂纹产生机理;研究以陶瓷材料微观特征为约束条件的微观结构及形貌主动设计理论;综合有限元分析、熔池监测和材料制备技术，采用高温预热、陶瓷材料增韧、裂纹原位自愈合方法，突破陶瓷裂纹抑制难题，满足现代发动机热端关键部件及复杂陶瓷零件制造的迫切需求，并进一步满足汽车、火箭等领域复杂零件对新型耐高温材料及加工工艺的迫切需求。

03

项目关键词

激光选区熔化(SLM)、陶瓷、发动机叶片

04

作品介绍

理工陶瓷项目致力于为用户提供全球领先的陶瓷增材制造装备和3D打印服务。依托国际首创的无粘结剂成形技术、对流调控技术，彻底摆脱了沿用千年的脱脂烧结工艺，实现装备到设计的一体化增材制造方案，填补了工业级陶瓷复杂产品行业的市场空白。团队牵头制定增材制造工艺参数库国家标准，依托唯一增材制造部级国际合作平台，为全球陶瓷增材指引方向;作为中航兰翔陶瓷发动机叶片唯一服务商，高新技术企业中科煜宸陶瓷增材装备战略合作伙伴，并拥有合作伙伴十余家，意向合作订单已超万。博士团队已入驻南京市白下区新型研发机构进行为期三年的产业孵化。理工陶瓷，引领工业级陶瓷增材制造产业发展。

05

技术原理功能

一，针对成形精度无法控制的难题，国际首创无粘结剂激光选区直接成形技术，颠覆了现有陶瓷制造工艺流程，直接成形全陶瓷叶片，彻底摆脱沿用千年的脱脂烧结工艺，尺寸精度控制在um以内。二，针对陶瓷强韧难，经历上万次试验迭代，探明了马兰戈尼对流与晶粒生长耦合机制，从螳螂虾前鳌强韧的天然结构中获得启发，直接在um熔池内精准调控对流，制备生物网格结构陶瓷，断裂韧性提升48%，弯曲强度提升%，达到Mpa，满足了叶片服役韧性需求，通过第三方权威检测机构认证。三、针对陶瓷组织缺陷控制难，我们发明了基于光强特征的熔池在线监控方法，在成形过程中，借助CT检测人体病灶原理，通过每秒采集00个光强数据，实时重建三维光强模型，首次在国内实现在线智能化缺陷诊断及控制。

06

创新与商业前景分析

本项目掌握国际首创的无粘结剂成形技术和对流调控技术，具有超前性和不可复制性，对比法国3DCeram、奥地利Lithoz等国际间接增材制造龙头企业，成形周期缩短80%、韧性提升48%，是目前国际上唯一可同时实现工业级陶瓷复杂结构制备和强韧化的团队。航空发动机叶片是“工业皇冠上的明珠”，陶瓷叶片可提升发动机推力，至今无法制造;此外，车载蜂窝陶瓷、陶瓷手机背板因脱脂烧结难以制造，成本居高不下。团队瞄准航空发动机叶片、车载蜂窝陶瓷、5G手机背板等工业级陶瓷复杂产品，依托技术代差优势填补市场空白，满足新一代重大战略科技产品对陶瓷工业产品制造能力的迫切需求，潜在市场高达亿元。

本团队计划于年注册南京理工陶瓷科技有限公司，面向军工市场，中国航天科技、中国商发等高端领域客户提供工业级陶瓷复杂结构成形装备与服务，预计在年营业额突破0万元。

基于视觉编程的机器人智能学习系统

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学校：广东工业大学

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项目摘要

现有服务型机器人大多只能执行预编程的指令，以相对“精确”的方式完成特定重复动作，但当环境发生变化的时候，机器人无法快速适应新的工作环境而降低了生产效率，针对该问题，我们提出了一款基于视觉编程系统的智能机器人系统，该系统可使得机器人具备自学习能力，从而更好地进行协作任务;并且当场景发生变化时，系统可以根据环境实时调整，从而保障了生产质量。

03

项目关键词

视觉编程、机器人系统、智能学习

04

作品介绍

国内外机器人制造企业均在加速推进智能机器人产品的研发与推广，但纵观现有智能机器人的应用场景，虽然编程手段更为高效(操作者手动拖拽示例或者软件绘制轨迹)，但有个关键难点问题仍未解决：智能机器人只能执行预编程的指令，以相对“精确”的方式完成特定重复动作。但当环境发生变化的时候，会导致大量残次品的产生，从这个意思上说，现有机器人尚未具备“有意识地感知”操作物体和环境并做出调整的能力。要解决该问题，机器人的“智能化”是条必经之路。本项目以提高机器人的“智能化”程度为目标，让机器人能够根据人体的动作变化进行安全的实时的跟踪协作，并且当环境发生巨大改变时，机器人能够通过视觉编程快速适应新的工作环境，而不需要重新返厂进行编程，这极大的提高了生产效率，对我国智能制造有着重大的推动作用。

05

技术原理功能

1.模仿学习

利用任务-目标导向方法对人的操作动作和操作物体进行分开识别，过滤操作过程中不相关或冗余的内容，只学习关键动作及使用操作物体，最终实现相同的操作目的。

机器人模仿人倒水

2.视频流学习利用深度学习技术，将视频进行元语义分解，识别出视频中的基本元素，并通过算法将元语义按照语义语法规则进行重组，最终形成机器人指令操作，该做法相比于其他机器人系统更高级在于其可以使用工具进行动作模仿，而不是简单的动作模仿。该技能不仅适用于家庭服务，更加能够跨场景进行部署。

炒菜(学习倒油)

3.人机协作

利用深度学习方法对人体关键点进行实时监测，通过动作关键帧和基于时间的动态模型对人的操作完成度进行判定，进而达到人机协作目的。

炒菜视频（学习炒菜）

4.语音交互

提供关键指令给机器人进行识别，机器人将语音识别后与对应的操作技能进行匹配执行，最终实现人机交互目的。

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作品创新点、应用前景

本系统以视觉编程为核心，将视频、语音和文本等多模态数据进行了融合，具有学习能力强、部署效率高等技术优势。与此同时，本产品具备以下创新点：

1.机器人自学能力不同于绝大多数机器人的预编程指令，本产品创新性地通过计算机视觉技术进行学习，是机器人与深度学习两大交叉领域的新尝试，避免了用途或场景更改时再次对机器人指令进行编程，具备很高的灵活性与可重用性。2.适用于多种操作物体本产品在对物体进行操作时，将物体的着力点作为抓取物体的依据，该方法能广泛应用于多种不同形状及类别的物体，从而机器人能对多场景中多种物体进行操作。3.对操作行为具备理解能力机器人需要对执行的动作进行理解后才能执行该动作，本产品通过定义语法语义规则构建语法树，对复杂的操作行为进行分解，将分解后的元语义按照指定的语法规则进行重构，形成新的语义树，最后将语义树转换为机器人指令以用于执行。

鼎钛科技——世界领先的高端钛系列新材料制造者

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学校：北京科技大学

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项目摘要

鼎钛科技有限公司是一家拟成立的，集科研、销售与服务于一体的高端钛系列近球形粉末材料制造公司。公司以粉末流化技术为核心，开展3D打印、金属喷涂、注射成形等工艺用粉末业务，致力于航空航天、生物医疗、电子工业、能源化工等领域所需钛系列粉末的研发、生产与销售，属于高新技术企业。公司依托于北京科技大学粉末冶金领域的重点研发团队，拥有领先的自主化粉末制备技术，能研发并生产各类近球形钛系列粉末及材料，现已获取和申请14项国内专利，4项国外专利，发表论文6篇。鼎钛科技有限公司的成立与发展，必将打破国外对高端钛系列粉末制备技术的垄断，为实现我国粉末自主化生产贡献企业力量。

03

项目关键词

钛系列粉末、3D打印、粉末自主化生产

04

作品介绍

我公司依托创新的流化技术制备低成本高性能近球形钛粉，该制备技术及研发团队依托于北京科技大学粉末冶金重点研发团队。目前，本团队发表了6篇相关论文并获取和申请14项国内发明专利，4项国外发明专利。与其他市场上的主流制粉技术相比，运用我公司研发的流化技术制备出的产品在流动性，杂质含量等方面相当，能够满足3D打印、注射成形、金属喷涂等粉末冶金近净成形工艺的需求，我公司生产的粉末将成本降低60%以上，且成形制件性能与传统球形钛粉制件相当，具有极高的性价比。

05

技术原理说明

本技术核心原理是对非球形低成本的钛粉进行流化处理，处理前，流动性差，粉末无法满足3D打印工艺需求，在流化处理过程中，粉末在高温下发生滚动、碰撞，如示意图所示，细小的钛粉颗粒附着在粗颗粒上，颗粒表面原有的尖锐边角被打磨，从而改善了钛粉球形度和粒度分布，粉末流动性得到了提升，能适应3D打印等工艺。

06

作品创新点、应用前景和市场

目前，球形钛粉因其具有高温性能好、比强度高、耐腐蚀、低密度以及生物相容性优良等优点，是3D打印、注射成形、金属喷涂等粉末冶金工艺的重要原材料，广泛应用于医疗器械、航空航天、海洋工程、核工业等领域，有着巨大的市场规模。以3D打印市场为例，年5月，国外的3dpbm研究团队发布了一份最新的3D打印市场报告。经过年第四季度和年第一季度的广泛数据收集和分析，这份报告对活跃在金属增材制造市场的3D打印公司进行分析，提供了有价值的数据和展望。报告中显示，核心金属3D打印领域在年产生了16亿美元的收入，到年将增长到.8亿美元，10年期间的总体复合增长率为35%。其中，钛及钛合金的产业价值占比达到21%，即在年产生了约3.36亿美元的产业收入，到年将达到66.74亿美元。随着世界的科技进步和经济增长，球形钛粉的应用将越来越多，需求量也将越来越大。然而，球形钛粉的制备技术与高端设备基本被欧美国家所垄断，目前，世界范围钛粉主供应商为美国TIMET、加拿大APC、德国TSL、日本大阪钛业等，国内自给率严重不足。此外，进口雾化制粉装备价格高昂(大于万/台)，而且微细粉末产率较低(小于35%)，导致球形钛粉的价格一直居高不下(45微米的微细球形钛合金粉末价格高于元/kg)，这极大地阻碍了我国乃至全球3D打印、注射成形、金属喷涂等领域技术的快速发展与应用拓展。我公司依托创新的流化技术制备低成本高性能近球形钛粉，致力于解决解决上述技术瓶颈问题，对于我国实现粉末自主化生产，推进高端制造业的发展具有重大意义。

桌面式五轴联动数控加工中心

01

学校：郑州轻工业大学

02

项目摘要

当前数控加工向高精度、高速度、高柔性、体系开放化方向发展。五轴联动数控机床可以加工工艺复杂的零件,但因技术难度大、造价昂贵,致使大多数高等院校无法购买,这阻碍了五轴联动数控机床先进制造技术在国内的普及,也阻碍了中国制造业的快速发展。本产品作为新一代桌面式微小型数控机床，主要运用于高校教学和实验场景下工作。

03

项目关键词

数控机床、五轴联动、Mach3、Forge云数据库

04

作品介绍

团队基于开源软件Mach3系统进行软件的二次开发。采用视觉识别模块进行工件定位误差补偿。对机床的结构进行设计优化，在最大程度上减小机床所占空间体积。在现代制造中,对于造型复杂、精度要求较高的零件,如叶轮、叶片、船用螺旋桨等,传统的加工技术和普通数控机床加工技术已无法满足其加工要求。根据当前市场的需求,为一款摇篮式五轴联动数控机床模型搭建了控制系统,通过Mach3控制软件和控制卡以及步进电机、步进电机驱动器、直流电源等元器件构建五轴数控机床的控制系统,并对软件和硬件进行调试,实现五轴联动的功能。

05

明确技术原理说明

本项目设计的机床采用双旋转台结构。主轴刚性好，结构比较简单。制造成本低，容易加工和组装。同时，整体结构布局采用梁式移动式龙门结构设计，摇篮式双振子旋转台振动减轻效果好，结构紧凑，占地面积小。

我们团队在开发过程中对五轴数控系统研制背景及意义进行分析，对国内外的研究状况进行调查，对我们的机床结构的总体机构布局、支撑架结构、传动系统进行布局，机床主轴以及驱动电机进行筛选设计。组装成机后更加小型化，更加精确，操作更加方便快捷。该机床主要特征参数：

X方向有效行程：mmY方向有效行程：mmZ方向有效行程：mmB轴：±°C轴：°

#系统框图

我们项目关键技术就是将，三维建模、虚拟样机的多体动力学分析、多提静力学分析、有限元分析、机电联合分析相结合，这样能在研发之前就通过这种仿真和分析的方法尽量避免了一些不必要走的弯路，将我们的废品率大大的降低并且提高了在后期实验以及使用过程中出现的一些纰漏。在研发过程中包含了几块;包括我们对整个加工过程的仿真，五轴刀路的模拟以及界面制定和功能的拓展最后是我们整体样机的测试以及量产。

#关键技术

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作品创新点

1.基于开源软件Mach3系统进行软件的二次开发选用操作系统更为简便的Mach3开源代码利用VisualBasic对Mach3界面进行自动对刀，刀具误差补偿功能的开发，学习者可以根据自己的功能需求进行相应的参数设计与调整，同时我们团队还可以根据客户的特殊需求进行功能的定制化服务。

2.基于Forge的云数据库平台

基于Forge的云数据库平台开发了一套云数据库模型库，能够实现客户在线下载机床对应加工仿真模型，并且可以实现时时更新数据库。用户可以快捷高校的拿到自己需要的仿真模型以及对应的编程代码，不用单独聘请机床的编程师傅。

3.硬件在环数字孪生

我们后来考虑到教学和异地加工，我们也开发了一套基于培训和加工的基于数控加工的硬件在环数字孪生系统，用户可以通过仿真模型和实物建立一种信息的链接方式。我们通过这样的一个方式更加方便我们的产品在学校用于学校学生使用。一是可以解决学生不会数控技术的问题，二是解决学生安全问题。

4.采用视觉识别模块进行工件定位误差补偿

利用工业级别摄像头标定实体毛坯加工图像数据，对边缘检测后的图形进行数据采样，并将其与CAD图像实时对比匹配，反馈图像与实际定位目标的距离，以此纠正误差。

5.自组装模块化设计的机床结构

对于这款机床的结构，本团队采用了自组装模块化设计，机床主要可以分为7个模块，整个机床可以进行拆分成7个模块，可分为机床的五个轴、底座框架和一个主轴电机模块，并且我们机床进行拆分后还可以组装成为一个三轴或四轴的机床。我们团队对机床的结构和安装的部分进行自组装设计，为系统的装配和拆卸都带来极大的便利。

#项目核心优势

对于我们的关键技术，主要体现在：一、独特的机床结构;二、在Mach3控制系统上进行二次开发;三、团队根据市场需求研发设计了一套基于forge云数据库的模型库。

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应用前景

目前国内的五轴数控机床大都以工业型、大型数控为主，小型化、桌面式的五轴数控系统几乎是一片空白。产品在高等院校、职业学院以及创客教育培训机构也有非常大的市场空间。本项目在结构设计是采用自组装模块化设计，在结构上不仅采用微小型桌面化，传动负载较小，这样我们可以使用功率较小的电机及驱动装置，而且在加工材料的方面由于加工毛坯较小，这样的一个低成本低功率低风险的数控加工设备更加适合在高校用于教学实验使用。同时考虑到机床加工是存在很大的危险性的，我们设计添加了一套防撞刀防危险操作的功能，我们在源代码的基础上重新写入代码，实现一些之前Mach3实现不了的问题，例如防撞刀防危险操作，自动对刀，自动扫边，刀具误差补偿等其他相应功能的设计，进行芯片源代码和操作界面的添加和修改。

探癌者--国内新一代"高精准无创多癌"早期筛查专家

01

山东中医药大学

02

项目摘要

据年国家癌症中心发布的最恶性肿瘤发病数据，近十年我国癌症的新发人数和死亡人数逐年增加。平均每分钟就有7.5人被确诊为癌症，4.4人死于癌症，癌症已成为当前危及人类生命健康的第一杀手。然而癌症防治的唯一出路为“三早”，即早发现、早诊断、早治疗。世界卫生组织(WTO)也明确表示：早期发现是治疗癌症的关键。据临床数据统计，一般癌症早、中、晚期发现的治愈率有显著差异，早期发现的5年以上治愈率高达90%，而中晚期发现的5年以上治愈率大多在40%以下，可见早诊早治是癌症治愈的重要保障。

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作品概要

探癌者所研发的癌症早期诊断试剂盒，采用新一代“高精准无创多癌”早期癌症筛查基因检测技术，通过检测著名的原癌基因——MicroRNA-21，可以实时监控癌症状态，及时反映受检者当下是否患癌，是真正具有实际意义的多种癌症早筛技术。探癌者，致力于多种癌症的早期筛查与预防技术的研究应用，帮助人类减少因恶性疾病所导致的健康伤害与生命财产损失，为保护人类健康不遗余力。

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产品介绍

本产品是提供一种检测癌症标志物MicroRNA及癌细胞内MicroRNA的试剂盒，该试剂盒操作程序简单、灵敏度高、特异选择性好，可大大地减少假阳性的误诊，适用于各种动物和人体内的MicroRNA的快速检测。本产品试剂盒的组成为：四螺旋结构DNA分子探针(ul)、聚合酶(ul)、切刻内切酶(ul)、缓冲液(ul)，SERS信号探针(ul)，引物1(ul)，引物2(ul)，发夹引物(ul)。

产品使用说明

1.抽取外周血，分离使细胞分层，取其中一层破碎用试剂盒测。2.循环反应实验：在四螺旋结构DNA分子探针的悬浮液中，加入待测的细胞粉碎(提取的MicroRNA)、引物1、引物2、dNTP、聚合酶、适量缓冲液在37℃反应2h。然后取上清液，再加入dNTP、聚合酶、切刻内切酶、适量缓冲液、SERS信号探针和发夹引物，反应2小时。3.SERS强度测试：上述反应完成后，经过磁分离，取磁珠部分稀释到μL进行SERS测试。4.SERS检测操作：用吸液器吸取待测液。挤压吸液器，轻轻将液滴置于基片上。将基片置于加热板上，将温度调到30-40°C,等待待测样品液滴挥发完毕，留下痕迹。设置好拉曼光谱仪。将基片置于显微镜下，调光源为可见光，将待测样品覆盖区域置于视野下，以高倍镜对其精确对焦。将光源切换为激光，获取拉曼光谱。

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技术原理功能

该产品是利用四螺旋结构DNA的循环放大技术对癌症标志物微小核糖核酸(MicroRNA)和癌细胞内MicroRNA进行表面增强拉曼散射(SERS)识别和免疫检测。该试剂盒设计是以癌症标志物MicroRNA的适体识别引发，通过与四螺旋结构DNA的杂交以及DNA剪切-聚合反应循环实现对SERS检测信号的放大，进而实现对癌症标志物MicroRNA及癌细胞内MicroRNA高灵敏和高特异选择性的识别和检测。

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主要技术说明：

1.表面增强拉曼散射(SERS)检测：拉曼散射是指光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。当一些分子被吸附到某些粗糙的金属，如金、银或铜的表面时，它们的拉曼谱线强度会得到极大地增强，这种不寻常的拉曼散射增强现象被称为表面增强拉曼散射效应。SERS检测技术以高灵敏度、光谱选择性、测定快、数据准确、灵敏度高等特点成为癌症疾病分析检测的一个非常有前景的研究领域。此外，表面增强拉曼检测技术具有制样简单、非入侵和无损等独特的优点。拉曼信号分子标记物不会自猝灭和光漂白，这样就可以通过增加探针上染料分子的个数和提高光谱累积时间来增强拉曼信号，提高检测的灵敏度。SERS检测手段具有背景低、有效避免光致褪色、有效增强分子的拉曼强度、灵敏度高的优势，越来越受到了科学界的

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