中國破解3D打印世界性難題！~~~
點擊量：340 發布時間：2017-01-23 作者：草莓视频ios（上海）增（zēng）材製造技（jì）術有限公司
“我們的技術（shù）將在（zài）先（xiān）進（jìn）製造領域掀起新一輪的革命。”日前（qián），華（huá）中科技（jì）大學機械科學與工程學院教授張海鷗攜其研發的“智能（néng）微鑄鍛銑複合製造技術”，與法國空客公司舉行了技術合作簽約儀式，這是法中兩國在（zài）先進製（zhì）造領域的一項重要合作。這位年過60歲的（de）老人和夫人王桂蘭一起，帶領團隊用14年的時間（jiān），破解了困擾金屬3D(三維)打印的世界級（jí）技術難題，實現了我國首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性（xìng）原始創新。
不僅（jǐn）是空客，美國通用電氣公司不久前也（yě）主動上門洽談合作。創新成果被（bèi）航（háng）空業巨頭競相追逐，表明了我國在（zài）3D打（dǎ）印技（jì）術上已經由“跟跑”開始進（jìn）入“領跑”階段。
將金（jīn）屬鑄造、鍛壓技術合二為一，改變西方（fāng）引領的製造模式
在華中科技大（dà）學，張海鷗、王桂蘭夫（fū）婦就像一段傳奇。跟電弧光打交道十餘年，他們被稱為“華科居裏夫婦（fù）”。其實，張海（hǎi）鷗的科研路頗為曲折（shé），剛起步時（shí），他埋頭於軋鋼研究。但“這項技術，日本已經研究得差不多了”，導師的話如當頭一棒，他懵了。考（kǎo）慮再三，他於1987年東渡日本“取經”。
王桂蘭說，在（zài）日本工（gōng）作之餘，她做得最多的就是查找資料，從課程配置到最前沿的技術，無所（suǒ）不有。“回國的時候，資料整整打（dǎ）包了31個大箱子。”
十幾年科研路，就是不（bú）斷（duàn）試錯的（de）過程。“唯有創新才有（yǒu）未來，跟在別人後麵是不會有太大出路的。”1998年，張海鷗被引進到華中（zhōng）科（kē）技大學，致力於高效低成本無模快速製（zhì）造技術研究，4年（nián）後開始主攻金屬3D打印（yìn）。
試錯（cuò）之後（hòu）迎來創新。2016年7月，張海鷗團隊創造性地（dì）將金屬鑄造（zào）、鍛壓技術合二為一，成功製造出世界首批3D打印（yìn）鍛件，實現3D打印（yìn）鍛態等軸細晶化、高均勻致密度、高強韌（rèn）、形狀複雜的金屬鍛件，全麵提高了製件強度、韌性、疲勞壽命及可（kě）靠性，降低設（shè）備投資（zī）和原材料成本，大幅縮短製造流（liú）程與周期，全麵解決常規3D打印成本高、工時長，打印不出經久（jiǔ）耐用材質的世（shì）界性難題。
專家表示，這項技術改變了長期（qī）以（yǐ）來由西方引領的“鑄鍛銑分離”的傳統（tǒng）製造曆史，將開啟實驗室製造大型機械的曆史（shǐ）。
攻克傳統技術難題，推動金屬3D打印（yìn）製件（jiàn）進入高端應用
最近幾天，在華中科技大（dà）學數字製造裝備與（yǔ）技術國（guó）家重點實驗室的實驗基地，張海鷗團隊正在加緊製造一批應用於（yú）航空領域的高端金屬鍛（duàn）件。目前由“智能微鑄鍛（duàn）”打印出的高性能金屬鍛件，已達到2.2米長約260公斤。現有設備已打印飛機用鈦合（hé）金、海洋深潛器、核電用鋼等8種金屬材料，是世界上唯一可（kě）以打印出大型高可靠性能金屬鍛件的增材製造技術裝備。
據介紹，在傳統機械（xiè）製（zhì）造中，澆鑄後的金屬材料不能直接加工成高性能（néng）零部件，必須通（tōng）過鍛造改造其內部結（jié）構，解決成型問題。但是對超大鍛機的過度依賴（lài），導致機械製作投資（zī）大、成本（běn）高且製作（zuò）流程長、能耗大（dà）、汙染和浪（làng）費嚴重的問題。正因如此，金屬3D打（dǎ）印技術因能解決以上弊病而成為前沿（yán）性的先進製造（zào）技術。作為全球新一輪科技（jì）革命和產業革命的重要推動力，目前已經在航空航天、醫（yī）療、汽車等（děng）領域開始獲得大規模應用。
“常規金屬3D打印存在致命缺陷（xiàn）：一（yī）是沒有經過鍛（duàn）造，金屬抗疲勞性嚴重不足（zú）;二是製件（jiàn）性能不高，難免存在疏鬆、氣孔和未熔（róng）合（hé）等缺陷;三是大都采用激光、電子束為（wéi）熱源，成本高昂。所以形成了中看不中用的尷尬局麵。”張海鷗介紹，正因如此，全（quán）球（qiú）金（jīn）屬3D打印（yìn）行業一直處在“模（mó）型製（zhì）造”和展示階段，無法進入高端應用。
2016年7月，張海鷗團隊研發出微（wēi）鑄鍛同步複合設備，並打印出全球第一批鍛件：鐵路關鍵部（bù）件轍叉和航空發動機重要部件過渡（dù）鍛。專家表示，這種（zhǒng）新方法製（zhì）件“強度和塑性等性（xìng）能及均勻性顯著高於自由增（zēng）材成形，並（bìng）超過鍛件（jiàn）水平（píng）”，“將為航空航天高性能關鍵部件的製造提供我國獨創（chuàng）國（guó）際領先的高效率、短流程、低成本、綠色智能製造的前瞻性技術支持。”
“常規3D打印金（jīn）屬零件的過程（chéng）是打印算一層，鑄造算一層，鍛壓又一層，三者要分開依次進行，即前一個步驟完了，後一個步驟方可進行，中間還要騰出金屬冷卻（què）的（de）時間（jiān）”。張海鷗介紹，智能微鑄鍛技術可以同時進行上（shàng）述步（bù）驟，打印完成了，鑄（zhù）鍛也就（jiù）同時完成了。
“我們（men）將原先需要8萬噸力才能完成的動作，降低到（dào）八萬分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時一台設備完成了（le）過去諸多大型設備才能完成的工作，綠色又高效。”他說。
從“跟跑”到“領跑”，為先進製造業帶來（lái）深刻的技術變革
張海鷗介紹，我國3D打（dǎ）印產業一直處於（yú）“跟跑（pǎo）”階段，與發達國家相比，我國3D打印產業大多停留在科研層麵。要擺脫“跟跑”的尷尬，必須創新。在他的（de）研究方向上，處處都體現了創新精神。
“當時國內外的金屬（shǔ）3D打印主要以激光（guāng）、電子（zǐ）束為熱源，我們想降低成本，就選擇了等離子束為熱源，發現效率很高。”張海鷗介紹，等離（lí）子和激光做熱源都是通過高能束（shù）來熔化金屬粉末，製（zhì）造金屬模具，但兩（liǎng）者的發生裝置和加工方式不同，等離子具有成本低、成形率高等優點。
十幾年前，金屬3D打印做出的製件非常粗糙，經過後期機械加工後才能當做零件使用，而要打印複雜製件，則幾乎不可（kě）能實現。張海鷗帶領團隊反複（fù）實驗，在金屬3D打印中加入了銑削（xuē）環節，邊（biān）打印（yìn）邊進行機械加工，攻克了此項（xiàng）難題，獲得國家發明專利（lì）。
選擇（zé）鑄鍛合一的方向是更大的創新。“他首次跟我提出‘鑄鍛（duàn）銑一體化’構想（xiǎng）時，我認為是異想天開，兩人為此進行了激烈的爭（zhēng）吵。”王桂（guì）蘭（lán）說，很多時候，創新是（shì）在夫婦倆的爭吵中產生的。
反複實驗、不斷試（shì）錯之後，研究方向愈加清晰。2010年，大型飛機蒙皮熱壓成形模（mó）具的誕生，驗證了在金屬3D打（dǎ）印中複合鍛打的可行性。
鑄鍛一體化3D打印技術發布後，國外航空工業巨頭紛（fēn）紛上門洽談合作（zuò）。據介紹，美國通用公（gōng）司不久（jiǔ）前巨資收購了（le）德國和瑞典兩家3D打印（yìn）公司，但對於許多需要鍛造性能的大中型承力（lì）構件仍無能為力，而（ér）張海鷗團隊的研究成果可（kě）彌（mí）補這個缺陷。
北京工業大學教授陳繼（jì）民認為，張海鷗發明的技術在航（háng）空航天、核電、艦船、高鐵等重點支柱領域的應用前景廣闊，比如對（duì）於長壽命、高可靠性的（de）航空發動機關鍵（jiàn）部件的製造有（yǒu）顯著優（yōu）勢（shì）。
在我國研製的新型戰鬥機（jī）上，一種新型複雜鈦合金（jīn）接頭的（de）製造也已經開始和張海鷗團隊合作，用該技術打印出來的鈦合金抗拉強（qiáng）度、屈服強度、塑性、衝（chōng）擊韌性均超過傳統鍛件。
目（mù）前，該技術（shù）正在西航動力（lì）公司、西安飛機（jī）製造公司等新產品開發中應用，已經試製了（le）高溫合金雙（shuāng）扭葉輪、鋁矽合金熱壓（yā）泵（bèng）體、發動機過渡段等零（líng）件，以及大型飛機蒙皮熱（rè）壓成形雙曲麵模具、轎車翼子板衝（chōng）壓成形FGM模具（jù）等，應用（yòng）前景廣闊。
目前（qián），根據空客公司對飛機零部件的需求，張海鷗團隊正在進行研發，“一旦繼續獲得認可，我（wǒ）們（men）將贏得空客的零部件生產的訂單，同時還可能獲得更多國際民用航空巨頭的青睞。”張海鷗說。
上（shàng）一篇：3D打印：消費類應用被過度宣傳，商業化才是近在眼前
下一篇（piān）：2020年（nián）全球3D打印醫療市場將達21.3億美元
