以高速铁路为代表的高端交通装备对构件轻量化与安全可靠性的双重需求，对智能激光制造技术提出了新挑战，主要表现为：为满足极致轻量化，构件设计日趋采用复杂的拓扑优化与点阵结构；性能上则要求实现结构-功能一体化的共形设计，导致制造过程极其复杂，同时，为满足极高的安全可靠性要求，制造构件必须具备优异的强韧性和足够的性能冗余度，以应对复杂恶劣的服役环境。
激光修复技术在恢复部件几何形状与提升表面性能方面展现出独特优势，但在应对交通装备复杂运维需求时仍面临修复过程智能化水平不足，从损伤识别到路径规划仍高度依赖人工经验；修复效果的可靠性保障体系不完善，修复部件在复杂交变载荷下的长效服役性能缺乏系统评估。
铁路轮轨与制动系统是列车安全运行的核心部件，其性能直接决定了列车的承载能力、运行效率和使用寿命。在长期服役过程中，轮轨接触界面持续承受高频冲击载荷、循环应力及磨粒磨损作用，极易诱发疲劳裂纹、踏面剥离等损伤问题；制动系统（如闸瓦、制动盘）则在摩擦制动时面临瞬时高温（可达600-800℃）与剧烈热冲击，导致热疲劳、氧化磨损及性能退化。传统表面强化技术（如淬火、电镀、堆焊）存在结合强度低、涂层均匀性差、热影响区大等局限，难以满足高铁、重载铁路对材料“耐磨-耐高温-抗疲劳”一体化性能的需求。
为解决上述问题，实验室拟从以下3个子方向开展研究：
1. 面向交通装备激光增材智能调控的一体化制造
针对传统激光制造中高斯光束能量分布不均匀、“设计-选材-加工-性能验证”串联式流程迭代周期长等问题，通过光束整形优化熔池形貌，引入热、磁、超声等多物理场辅助手段，实现对制造过程的原位调控，影响熔池流动形态与凝固动力学过程，从而细化晶粒、抑制缺陷；
采用“材料-结构-性能”一体化并行协同制造模式，在构件内部实现多材料布局与多层级结构同步创新。通过构建仿生、异质等新型结构，形成具备阻尼性能自适应调控等智能特性的多材料整体构件，达成高性能与多功能融合目标；
融合数字孪生技术，构建激光制造过程的虚拟映射系统，研究制造过程中的实时传感、多模态数据融合、工艺反演与智能决策方法，建立形性一体化的闭环调控体系，实现构件成分、组织、性能与形状的精准控制与主动设计。
2. 面向交通装备关键部件的智能修复与性能保持
激光智能修复工艺与系统集成：研究基于多传感器融合的修复过程在线监测技术，开发基于AI算法的路径规划与参数调控策略，实现损伤的精准修复；
修复部件性能保持机理：系统研究修复区微观组织与力学性能的构效关系，通过模拟工况的加速试验评估性能退化行为；
修复部件寿命预测：构建融合材料本构与服役载荷的数字孪生模型，发展修复部件剩余寿命的精准预测方法，为可靠性运维提供理论支撑。
3. 面向服役状态的激光加工表面强化与智能响应
聚焦铁路轮轨系统、制动系统关键需求，通过多维度激光技术协同提升服役性能，主要包括：1）抗疲劳与耐磨损性能强化：面向轮轨/制动盘开发适配的耐磨/高温合金涂层材料，提升基体抗疲劳性能、降低热裂纹风险，延长服役寿命；2）动态增黏与安全调控：利用飞秒激光技术在钢轨表面制备微米级织构，增强轮轨湿滑条件下的黏着系数，抑制打滑风险，实现接触状态的实时监测与智能响应；3）系统协同与智能防护：激光清洗轮轨表面处理实现轮轨界面智能防护，超疏水微纳结构构筑抑制冰雪黏附与腐蚀。